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2022-06-11
英文标题:
《Hierarchical adaptive sparse grids and quasi Monte Carlo for option
  pricing under the rough Bergomi model》
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作者:
Christian Bayer, Chiheb Ben Hammouda and Raul Tempone
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最新提交年份:
2020
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英文摘要:
  The rough Bergomi (rBergomi) model, introduced recently in [5], is a promising rough volatility model in quantitative finance. It is a parsimonious model depending on only three parameters, and yet remarkably fits with empirical implied volatility surfaces. In the absence of analytical European option pricing methods for the model, and due to the non-Markovian nature of the fractional driver, the prevalent option is to use the Monte Carlo (MC) simulation for pricing. Despite recent advances in the MC method in this context, pricing under the rBergomi model is still a time-consuming task. To overcome this issue, we have designed a novel, hierarchical approach, based on i) adaptive sparse grids quadrature (ASGQ), and ii) quasi-Monte Carlo (QMC). Both techniques are coupled with a Brownian bridge construction and a Richardson extrapolation on the weak error. By uncovering the available regularity, our hierarchical methods demonstrate substantial computational gains with respect to the standard MC method, when reaching a sufficiently small relative error tolerance in the price estimates across different parameter constellations, even for very small values of the Hurst parameter. Our work opens a new research direction in this field, i.e., to investigate the performance of methods other than Monte Carlo for pricing and calibrating under the rBergomi model.
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中文摘要:
最近在[5]中引入的粗糙Bergomi(rBergomi)模型是定量金融中一种很有前景的粗糙波动率模型。这是一个仅依赖三个参数的简约模型,但非常符合经验隐含波动率曲面。在缺乏模型的分析性欧式期权定价方法的情况下,由于分数驱动因素的非马尔可夫性质,流行的期权是使用蒙特卡罗(MC)模拟进行定价。尽管MC方法在这方面取得了最新进展,但rBergomi模型下的定价仍然是一项耗时的任务。为了克服这个问题,我们设计了一种新的分层方法,基于i)自适应稀疏网格求积(ASGQ)和ii)准蒙特卡罗(QMC)。这两种技术都结合了布朗桥构造和Richardson对弱误差的外推。通过揭示可用的规律性,我们的分层方法证明了与标准MC方法相比,当在不同参数星座的价格估计中达到足够小的相对误差容限时,即使对于非常小的赫斯特参数值,我们的分层方法也能获得相当大的计算收益。我们的工作在这一领域开辟了一个新的研究方向,即在rBergomi模型下研究蒙特卡罗以外的定价和校准方法的性能。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Computational Finance        计算金融学
分类描述:Computational methods, including Monte Carlo, PDE, lattice and other numerical methods with applications to financial modeling
计算方法,包括蒙特卡罗,偏微分方程,格子和其他数值方法,并应用于金融建模
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2022-6-11 07:34:01
粗糙Bergomi模型下期权定价的分层自适应稀疏网格和拟蒙特卡罗方法Christian-Bayer*Chiheb Ben Hammouda+Ra'ul Tempone§§AbstractThe rough Bergo mi(rBergomi)模型,最近在[5]中引入,是一种很有前景的定量金融粗糙波动率模型。这是一个仅依赖三个参数的简约模型,但与经验隐含波动率曲面非常吻合。在模型的分析性欧式期权定价方法中,由于分数驱动因素的非马尔可夫性质,流行的期权是使用蒙特卡罗(MC)模拟进行定价。尽管MC方法在这方面取得了最新进展,但rBergomimodel下的定价仍然是一项耗时的任务。为了克服这个问题,我们设计了一种新的分层方法,基于i)自适应稀疏gr-ids求积(ASGQ)和ii)准蒙特卡罗(QMC)。这两种技术都结合了布朗桥构造和理查森对弱误差的外推。通过揭示可用的规律性,我们的hierarchicalmethods证明了与标准MC方法相比,当在不同参数星座的价格估计中达到非常小的相对误差容限时,即使对于非常小的Hurst参数值,我们的hierarchicalmethods也能获得巨大的计算收益。
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2022-6-11 07:34:04
我们的工作为该领域开辟了一个新的研究方向,即研究在rBergomi模型下定价和校准的蒙特卡罗方法以外的其他方法的性能。粗糙波动率;蒙特卡罗;自适应稀疏网格;拟蒙特卡罗;布朗桥构造;Richar-dson外推。1简介将波动率建模为随机的,而非布莱克-斯科尔斯模型中的确定性,这使得定量分析师能够解释期权价格数据中观察到的某些现象,尤其是隐含的波动率微笑。然而,这一系列模型的一个主要缺点是未能捕捉到隐含波动率微笑接近成熟的真实陡度。跳跃可以添加到股票价格模型中,以克服这种不需要的特性,例如通过将股票价格过程建模为指数L'evy过程。然而,股票价格过程中增加跳跃仍然存在争议[15,4]。*Weierstrass应用分析和随机研究所(WIAS),德国柏林+阿卜杜拉国王大学科技大学(KAUST),计算机、电气和数学科学与工程系(CEMSE),图瓦尔23955- 6900,沙特阿拉伯(chiheb。benhammouda@kaust.edu.sa).阿卜杜拉国王大学科技大学(KAUST),计算机、电气和数学科学与工程系(CEMSE),图瓦尔23955- 6900,沙特阿拉伯(劳尔。tempone@kaust.edu.sa).§亚历山大·冯·洪堡(Alexander von Humboldt)德国亚琛大学(RWTH Aachen University)不确定性量化数学教授。受Gatheral、Jaisson和Rosenbaum[24]对已实现波动率的统计分析以及隐含波动率的理论结果[3、22]的推动,粗糙随机波动率已成为定量金融的新范式,克服了不同随机波动率模型的观察局限性。
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2022-6-11 07:34:07
在这些模型中,波动率的轨迹比标准布朗运动的轨迹具有更低的规律性[5,24]。事实上,它们基于fr作用布朗运动(fBm),这是一个中心高斯过程,协方差结构取决于所谓的赫斯特参数H(关于fBm过程的更多详细信息,请参阅[33、17、12])。在随机波动率情况下,0<H<1/2,fBm在cr校正和粗糙样本路径中具有负相关。Gatheral、Jaisson和Rosenbaum【24】以经验证明了此类模型的优势。例如,他们表明,实际中的对数波动率与赫斯特指数H的fBm具有相似的行为≈ 在任何合理的时间尺度下为0.1(另见【23】)。Bennedsen、Lunde和d Pakkan en【9】证实了这些结果,他们研究了1000只美国股票,并表明每只股票的H位于(0,1/2)f。其他研究【9、5、24】表明,在解释金融市场中观察到的关键现象方面,这种粗糙波动率模型比标准随机波动率模型有更多的好处。Bayer、Friz和Gatheral提出的粗糙Bergomi(rBergomi)模型是最早开发的粗糙波动率模型之一。该模型仅依赖于thr ee参数,对经验波动率影响面有显著的拟合。rBergomimodel的构建是通过从实物指标转移到定价指标,并通过模拟价格来完成的,在标准普尔500指数没有多少参数的情况下,该模型能够很好地拟合隐含波动率表面。
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2022-6-11 07:34:10
该模型可以看作是Bergomi方差曲线模型的非马尔可夫扩展[11]。尽管r Bergomi模型具有很好的特点,但由于分数驱动因素的非马尔可夫性质,在s-Bergomi模型下的定价和套期保值仍然是一项具有挑战性和耗时的任务。事实上,标准的数值定价方法,如PDE离散化方案、渐近展开和变换方法,虽然在差异情况下很有效,但并不容易被转入粗糙集(rough-Heston模型[18、20、1、19]及其扩展[30、25]的显著例外)。此外,由于缺乏马尔可夫性和有效结构,传统的分析定价方法不适用。据我们所知,在此类模型下,唯一流行的期权定价方法是蒙特卡罗(MC)模拟。特别是,rBergomi模型的模拟方法s的最新进展,以及在这种模型下基于MC的pr结冰方法的不同变体,已在[5、6、10、35、31]中提出。例如,在[35]中,作者使用了一种新的方差缩减方法组合。在rBergomi模型下定价时,他们取得了比标准MC方法更大的计算收益。[32、21、7]对该模型下的期权定价和隐含效用有了更深入的分析理解。需要注意的是,由于强误差(即H阶)的不良行为,分层变异(hierarchicalvariance)推导方法(如多层蒙特卡罗(MLMC))在这种情况下是无效的【38】。尽管MC方法最近取得了一些进展,但rBergomi模型下的定价在计算上仍然很昂贵。
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2022-6-11 07:34:13
为了克服这一问题,我们基于i)自适应稀疏网格求积(ASGQ)和i)准蒙特卡罗(QMC),为遵循rBergomi模型的期权设计了新颖、快速的期权定价器。这两种技术都与布朗桥构造和理查森外推相结合。为了将这两种确定性求积技术(ASGQ和QMC)用于我们的目的,我们解决了构成新设计方法两个阶段的两个主要问题。在第一阶段,我们使用条件期望工具对被积函数进行平滑处理,正如[41]在马尔可夫随机波动率模型中所述,以及[8]在篮子期权中所述。在第二阶段,我们应用确定性求积方法来解决积分问题。在这一阶段,在使用ASGQ或QMC方法之前,我们应用两种分层表示,以克服由于用于模拟rBergomi动力学的离散化方案而面临高维积分的问题。考虑到ASGQ和QMC从各向异性中获益,第一个代表是基于Brow nian桥结构应用分层路径生成方法,目的是减少影响维度。第二种技术包括应用理查森外推来减少ebias(弱误差),这反过来又减少了在最粗略的水平上所需的时间步数,以达到一定的误差容限,从而达到积分问题所需的最大维数。
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