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2022-06-14
英文标题:
《Semi-analytical solution of a McKean-Vlasov equation with feedback
  through hitting a boundary》
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作者:
Alexander Lipton, Vadim Kaushansky, and Christoph Reisinger
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  In this paper, we study the non-linear diffusion equation associated with a particle system where the common drift depends on the rate of absorption of particles at a boundary. We provide an interpretation as a structural credit risk model with default contagion in a large interconnected banking system. Using the method of heat potentials, we derive a coupled system of Volterra integral equations for the transition density and for the loss through absorption. An approximation by expansion is given for a small interaction parameter. We also present a numerical solution algorithm and conduct computational tests.
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中文摘要:
在本文中,我们研究了与粒子系统相关的非线性扩散方程,其中共同漂移取决于粒子在边界处的吸收速率。我们将其解释为在大型互联银行系统中存在违约传染的结构性信贷风险模型。利用热势方法,我们导出了跃迁密度和吸收损耗的Volterra积分方程组。对于一个小的相互作用参数,给出了一个展开近似。我们还提出了一种数值求解算法并进行了计算测试。
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分类信息:

一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Numerical Analysis        数值分析
分类描述:Numerical algorithms for problems in analysis and algebra, scientific computation
分析和代数问题的数值算法,科学计算
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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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2022-6-14 02:05:32
带反馈的McKean-Vlasov方程的半解析解*, Vadim Kaushansky+,Christoph Reisinger§abstract在本文中,我们研究了与粒子系统相关的非线性扩散方程,其中共同漂移取决于粒子在边界处的吸收速率。我们将其解释为在大型互联银行系统中存在违约传染的结构性信贷风险模型。利用热势法,我们导出了跃迁密度和吸收损耗的Volterra积分方程的耦合方程组。对于一个小的相互作用参数,给出了一个展开近似。我们还提出了一种数值求解算法并进行了计算测试。1引言在本文中,我们推导了相互作用粒子密度的半解析解,其中相互作用是由粒子撞击bo undar y时对系统的冲击产生的。这种类型的方程最近出现,作为神经元网络“整合和修复”行为以及互联银行网络中系统性违约风险的模型。自默顿(1974)的开创性工作以来,已经研究了几十年的结构性违约模型,其中银行的违约是由其资产低于负债引发的。这些模型的基本版本有几个局限性:大多数模型没有考虑到银行是相互关联的,因此忽略了传染性违约的可能性(但请参见,例如??)。为了解决这一问题,Lipton(2016)结合了结构andEisenberg a和Noe(2001)框架,不仅考虑了外部负债,还考虑了共同负债。另一个问题是维度诅咒。数值和分析PDE技术通常应用到三维(Itkin和Lipton(2017),Itkin和Lipton(2015),Kaushansky等人。
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2022-6-14 02:05:35
(2018a),Kaushansky等人(2018b));对于任何较大的维度,通常认为只有蒙特卡罗方法是可行的,这种方法收敛速度慢,而且本质上有噪声。*美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院、连接科学学院和瑞士洛桑联邦理工学院,电子邮件:alexlipt@mit.edu+英国牛津大学数学研究所和牛津人研究所,电子邮件:vadim。kaushansky@maths.ox.ac.uk第二作者衷心感谢经济和社会研究理事会和美国银行美林数学研究所和牛津大学牛津人研究所的支持,安德鲁·怀尔斯大厦,牛津伍兹托克路,牛津,OX2 6GG,英国,电子邮件:christoph。reisinger@maths。ox.ac.uk当银行系统庞大且同质,且仅关注宏观数量时,可以考虑对银行的资产价值过程进行大池近似(从技术上讲,通过对银行数量进行经验测量)。Bush等人(2011年)首次研究了这种方法。接下来,Nadtochiy a和Shkolnikov(2017年)以及Hambly et al.(2018年)也考虑了相互作用的影响,通过考虑一个具有企业违约积极反馈的车辆系统。这导致了McKean-Vlasov型方程,该方程模拟了银行系统的典型代表,其动力学取决于更广泛系统中的损失。利普顿(2016)模型提供了另一种观点,将银行数量计算到单位。这条路线导致了相同的方程式,如我们在下一节中的推导所示。Hambly等人。
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2022-6-14 02:05:38
(2018)假设银行之间的零相关性,相互作用对损失函数具有线性依赖性,并获得了解的存在性和唯一性,需要爆破以获得足够大的相互作用参数。Hambly和Sojmark(2018)以及Ledger和Sojmark(201 8)引入了银行之间的正相关,而Nadtochiy和Shkolnikov(2017)以及Nadtochiy和Shkolnikov(2018)通过损失函数考虑了非线性依赖性。最近,Ichiba等人(2018)推导了m的McKean-Vlasov SDE,该SDE是针对具有局部和平均违约强度的交互银行系统中的平均银行准备金的非线性跳跃扩散。早些时候,在神经科学中发现了一个类似于此处研究的模型,其中一个大型电耦合神经元网络可以用McKean–Vlasov类型方程来描述(C'aceres et al.(2011);Carrillo等人(2013年);Delarue等人(2015b,a))。如果aneuron的电位达到某个固定阈值,它会跳到更高的电位水平,并向其他神经元发送信号。最初,Kac(1956)提出了McKean–Vlasov型方程,作为等离子体Vlasov动力学方程的随机玩具模型,McKean(1966)对此进行了详细研究。近年来,从理论和实践的角度来看,平均场问题,尤其是McKean-Vlasov型方程,已经成为应用数学中非常热门的话题。除了上述论文中的具体形式外,这些问题的不同版本已应用于数学金融,例如,在投资组合优化(Borkar和Suresh Kumar(2010)考虑了大量股票的最优部门分配)和博弈论(例如,Hua ng et al。
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2022-6-14 02:05:41
(200 6)讨论管理者在群体效应方面的最佳行为)。从数值的角度来看,有针对TypicalMcken–Vlasov方程的既定模拟方法(见Bossy和Talay(1997)和Antonelli et al.(2002)),最近,几位作者分析了多级和多指数方案(见Ricketson(2015)、Szpruch et al.(2017)、Haji Ali和Tempone(2018))和importancesampling(Reis et al.(2018))。然而,由于反馈的奇异性和路径依赖性,这些方法都不包括上述模型。这里,为了简单起见,我们考虑Hambly等人(2018)的版本。对于该模型,Kaushansky和Reisinger(2018)提出了一种规则型粒子方法,并在时间步长内证明了1/2阶收敛性,使用布朗桥可以将其改进为1。在本文中,我们展示了如何通过重新模拟来解决这些方程,首先是一个类似于经典Stefan问题的非线性自由边界问题,然后是两个耦合Volterra方程组。首先,对于平均场相互作用的给定漂移项,该问题被公式化为具有曲线边界的半有限域上的扩散问题,其解用热势法半解析表示。Watson(2012)和Tikhonov及Samarskii(1963)对热势进行了详细介绍(第530-535页)。Lipton(2001)首次使用热势法对具有曲线屏障的pat h依赖型期权进行定价(第12.2.3节,第462-467页)。其次,通过两个耦合Volterra方程的第一步结果的解来表示相互作用项。关于热势对特凡问题的早期应用,请参见(Rubinstein,1971年,第二部分,第1章)。
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2022-6-14 02:05:44
然后,这些奇异Volterra方程可通过小相互作用参数的展开方法,或通过离散化和Newton-Raphson迭代进行数值求解。Gobet和Pagliarani(2018)最近研究了具有漂移平均场相互作用的McKean-Vlasov方程的展开方法,执行迭代两步程序,将漂移对过程规律的依赖性所产生的非线性与对状态变量的标准依赖性解耦。本论文不仅在所采用的解决方法上有所不同,而且从根本上在所考虑的平均场相互作用(通过命中时间而不是漂移预期)和扩展参数(对于小漂移相互作用而不是小波动性)上也有所不同。为了评估(一阶)扰动解的准确性,并说明展开式失效时强相互作用的行为,我们描述了一个简单的数值算法,但请读者参考大量关于Volterra方程高级数值方法的成熟文献(见第4.2节)。本文的其余部分组织如下:在第2节中,我们提供了Hambly等人所述模型的另一种推导方法。
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