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2022-06-14
英文标题:
《A High Order Method for Pricing of Financial Derivatives using Radial
  Basis Function generated Finite Differences》
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作者:
Slobodan Milovanovi\\\'c and Lina von Sydow
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  In this paper, we consider the numerical pricing of financial derivatives using Radial Basis Function generated Finite Differences in space. Such discretization methods have the advantage of not requiring Cartesian grids. Instead, the nodes can be placed with higher density in areas where there is a need for higher accuracy. Still, the discretization matrix is fairly sparse. As a model problem, we consider the pricing of European options in 2D. Since such options have a discontinuity in the first derivative of the payoff function which prohibits high order convergence, we smooth this function using an established technique for Cartesian grids. Numerical experiments show that we acquire a fourth order scheme in space, both for the uniform and the nonuniform node layouts that we use. The high order method with the nonuniform node layout achieves very high accuracy with relatively few nodes. This renders the potential for solving pricing problems in higher spatial dimensions since the computational memory and time demand become much smaller with this method compared to standard techniques.
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中文摘要:
在本文中,我们考虑使用径向基函数生成的空间有限差分对金融衍生品进行数值定价。这种离散化方法的优点是不需要笛卡尔网格。相反,可以在需要更高精度的区域以更高的密度放置节点。尽管如此,离散化矩阵还是相当稀疏的。作为一个模型问题,我们考虑了二维欧式期权的定价问题。由于这类期权在支付函数的一阶导数中具有不连续性,从而禁止高阶收敛,因此我们使用笛卡尔网格的既定技术对该函数进行平滑处理。数值实验表明,对于我们使用的均匀和非均匀节点布局,我们在空间中获得了一个四阶格式。采用非均匀节点布局的高阶方法可以在节点相对较少的情况下获得非常高的精度。与标准技术相比,这种方法的计算内存和时间需求变得更小,因此有可能在更高的空间维度上解决定价问题。
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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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一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Computational Engineering, Finance, and Science        计算工程、金融和科学
分类描述:Covers applications of computer science to the mathematical modeling of complex systems in the fields of science, engineering, and finance. Papers here are interdisciplinary and applications-oriented, focusing on techniques and tools that enable challenging computational simulations to be performed, for which the use of supercomputers or distributed computing platforms is often required. Includes material in ACM Subject Classes J.2, J.3, and J.4 (economics).
涵盖了计算机科学在科学、工程和金融领域复杂系统的数学建模中的应用。这里的论文是跨学科和面向应用的,集中在技术和工具,使挑战性的计算模拟能够执行,其中往往需要使用超级计算机或分布式计算平台。包括ACM学科课程J.2、J.3和J.4(经济学)中的材料。
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一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Numerical Analysis        数值分析
分类描述:cs.NA is an alias for math.NA. Roughly includes material in ACM Subject Class G.1.
cs.na是Math.na的别名。大致包括ACM学科类G.1的材料。
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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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2022-6-14 02:07:26
使用径向基函数生成有限差分的金融衍生工具定价的高阶方法Lobodan Milovanovi\'c和Lina von Sydow信息技术系尤帕拉大学WEDENABStract在本文中,我们考虑使用径向基函数生成空间有限差分的金融衍生工具的数值定价。这种离散化方法的优点是不需要笛卡尔网格。相反,可以在需要更高精度的区域以更高的密度放置节点。尽管如此,离散化矩阵还是相当稀疏的。作为一个模型问题,我们考虑了二维欧式期权的定价问题。由于此类选项在Payoff函数的一阶导数中存在不连续性,从而禁止高阶收敛,因此我们使用笛卡尔网格的既定技术来平滑该函数。数值实验表明,对于我们使用的均匀和非均匀节点布局,我们在空间中获得了一个四阶格式。采用非均匀节点布局的高阶方法可以在节点相对较少的情况下获得非常高的精度。与标准技术相比,这种方法的计算内存和时间需求变得更小,因此有可能在更高的空间维度上解决定价问题。关键词:金融衍生品定价;径向基函数生成有限差分;高阶方法;平滑初始数据。1简介在本文中,我们关注金融衍生品的数字定价。金融衍生工具是一种合同,其价值取决于基础资产,如股票、利率或商品。金融衍生品的交易在过去几十年中大幅增加,主要是因为有可能对冲标的资产头寸。
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2022-6-14 02:07:29
金融衍生品的另一个重要特征是杠杆潜力,因为基础资产的微小变动可能导致金融衍生品价值的大幅变动。由于金融衍生品的交易量很大,因此对此类合同的有效和准确定价至关重要。在大多数情况下,没有可用的分析公式,因此有必要使用数值方法来计算合同价格。当金融衍生工具依赖于多个基础资产时,问题就变得多方面了。传统上,为此类金融衍生品定价的唯一方法是使用蒙特卡罗方法对问题的随机微分方程(SDE)公式进行求解。然而,由于其收敛速度较慢,研究界一直致力于推导定价问题偏微分方程(PDE)公式的有效方法。这些方法的主要问题是所谓的维度诅咒——问题中的自由度在维度数量上呈指数增长。PDE公式的数值方法包括自适应有限差分(FD)[15、12、11、16、25],高阶紧致格式[3、4],交替方向隐式(ADI)格式[8、6],径向基函数(RBF)近似[17、10],径向基函数单位分割(RBF-PU)方法[20、22、21],以及径向基函数生成的有限差分(RBF-FD)[14、13]。在【24】和【26】中,实施并评估了几种期权定价方法。作为一个数值例子,我们考虑了欧洲二维期权的定价。
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2022-6-14 02:07:33
期权是一种金融衍生工具,持有人有权但无义务在到期日T时或之前以规定的执行价格K购买(认购期权)或出售(看跌期权)基础资产。我们采用的方法是RBF-FD。它背后的主要思想是将FD(离散化矩阵的稀疏性-与RBF相反)和RBF(无网格-与FD相反)的理想特征结合起来。根据离散化模板中使用的节点数量,这种方法可能具有高阶性。然而,对于许多期权定价问题,支付函数本身或其导数具有不连续性,这限制了数值模拟中获得的收敛顺序。因此,在使用数值方法之前,我们根据[9]平滑Payoff函数。这种平滑将使用的离散化的收敛顺序增加到预期的收敛顺序。在第2节中,我们定义了空间和时间上的离散化,而第3节则涉及我们解决的模型问题,以及节点布局、模板、边界条件和初始数据的平滑。最后,第4节给出了结果,第5.2节得出了结论。我们考虑金融衍生品的定价,其中问题可以用D空间维度和时间的偏微分方程表示ut+Lu=0,u(s,…,sD,0)=g(s,…,sD),(2.1)si≥ 0,i=1,D0≤ t型≤ T、 这里,解决方案u(s,…,sD,T)表示金融衍生工具的价格、tdenotes时间、si、指数为i的基础资产的价值,以及g表示金融衍生工具的支付函数。在许多定价问题中,最初的PDEI是一个最终价值问题,在时间上向后解决。
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2022-6-14 02:07:35
我们考虑(2.1)中的问题,即在必要时将问题转化为初值问题。在第2.1节和第2.2节中,我们分别定义了(2.1)的空间和时间离散化。2.1径向基函数生成的有限差分在RBF-FD中,位置sc=(sc,sc,…,scD)处的空间运算符Lu in(2.1)近似为m最近节点处解的线性组合k(可能包括sc),k=1,mLu | sc≈mXk=1wku | sk。(2.2)通过强制(2.2)精确计算RBFφ(r)的权重wkφ(ks- sk)。φ(ks- smk)。。。。。。。。。φ(ksm- sk)。φ(ksm- smk)wwm公司=Lφ(ks- sk)| sc。。。Lφ(ks- smk)| sc. (2.3)由RBF插值得出,(2.3)是一个非奇异系统,hencea唯一的权重集wk,k=1,可以计算m。表1列出了RBF的典型选择。对于前四个示例,参数ε∈ R是RBF的形状参数。对于多谐线(PHSs),参数q∈ N、 在本文中,我们遵循[5]、[1]和[13],并使用PHSs作为基函数,在插值中获得p次多项式。使用该方法,多项式次数(而不是RBF)控制收敛速度,而RBF有助于减少近似误差,并且是获得稳定近似所必需的。φ(r)高斯e-(εr)逆二次1/(1+(εr))多重二次CP1+(εr)逆多重二次1/p1+(εr)多谐样条r2q-1表1:常用RBFφ(r)列表。在(2.4)中,我们用一次单项式扩充(2.3)1秒。sDB 1。。。。。。1 sm。smD1。1 0 0 . . . 0秒。sm0 0。0.....................sD。smD0 0。
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2022-6-14 02:07:38
0wwmγγ。。。γD=Lφ(ks- sk)| sc。。。Lφ(ks- smk)| scL1 | scLs | sc。。。LsD | sc, (2.4)其中B是(2.3)中的系数矩阵。现在,我们放置N个计算节点sci,i=1,N在我们想要近似解的位置。求解(2.4)得到的每个计算节点的权重按行组合到稀疏微分矩阵xw中∈ RN×N,每行有m个非零元素。这导致(2.1)滴滴涕'u(t)+W'u(t)=0,'u(0)=g,(2.5)的半离散化,其中'u(t)∈ RN×1是时间t的未知量向量,计算节点sci中的u近似值,i=1,N,\'0∈ RN×1是一个只有零的向量,并且'g∈ RN×1是计算节点sci中计算的函数g的向量,i=1,N方程(2.5)在时间上形成了一个线性常微分方程(ODE)系统。在下一节中,我们将描述如何解决它。2.2时间离散化对于(2.5)的时间离散化,我们使用二阶后向微分公式(BDF2)[7]。此时间步方案需要在前两个时间步上求解,因此我们在第一个时间步上使用向后Euler(BDF1)。在所有时间步中都有相同的系数矩阵是很方便的,因此我们使用非等距时间步,如【10】中所述,稍后在【14,13】中使用。这是通过使用长度的Msteps离散时间间隔来实现的t`=t`-t型`-1,其中`=1,M、 我们定义ω`=t型`/t型`-1对于“=2,M并到达“u”- \'\'u=tW'u,(2.6)'u`- β\'\'u`-1+β\'\'u`-2=β\'W\'u\',`=2,M、 (2.7)其中β`=t`1+ω`1+2ω`,β`=(1+ω`)1+2ω`,β`=ω`1+2ω`。(2.8)我们使用递归条件β`=β计算ω'的值`-1,在所有时间步中保持系数矩阵恒定。
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