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2022-06-14
英文标题:
《Deep-learning based numerical BSDE method for barrier options》
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作者:
Bing Yu, Xiaojing Xing, and Agus Sudjianto
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最新提交年份:
2019
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英文摘要:
  As is known, an option price is a solution to a certain partial differential equation (PDE) with terminal conditions (payoff functions). There is a close association between the solution of PDE and the solution of a backward stochastic differential equation (BSDE). We can either solve the PDE to obtain option prices or solve its associated BSDE. Recently a deep learning technique has been applied to solve option prices using the BSDE approach. In this approach, deep learning is used to learn some deterministic functions, which are used in solving the BSDE with terminal conditions. In this paper, we extend the deep-learning technique to solve a PDE with both terminal and boundary conditions. In particular, we will employ the technique to solve barrier options using Brownian motion bridges.
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中文摘要:
众所周知,期权价格是具有终端条件(支付函数)的某个偏微分方程(PDE)的解。偏微分方程的解与倒向随机微分方程(BSDE)的解有着密切的联系。我们可以求解PDE以获得期权价格,也可以求解其相关BSDE。最近,一种深度学习技术被应用于使用BSDE方法求解期权价格。在这种方法中,深度学习用于学习一些确定性函数,这些函数用于求解具有终端条件的盲源分离算法。在本文中,我们将深度学习技术推广到求解具有终端和边界条件的偏微分方程。特别是,我们将使用该技术来解决障碍选项使用布朗运动桥。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Mathematical Finance        数学金融学
分类描述:Mathematical and analytical methods of finance, including stochastic, probabilistic and functional analysis, algebraic, geometric and other methods
金融的数学和分析方法,包括随机、概率和泛函分析、代数、几何和其他方法
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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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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Pricing of Securities        证券定价
分类描述:Valuation and hedging of financial securities, their derivatives, and structured products
金融证券及其衍生产品和结构化产品的估值和套期保值
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2022-6-14 11:48:13
基于深度学习的数值BSDE障碍选择方法Bing Yu*, Xiaojing Xing+,Agus Sudjianto2019年4月15日摘要众所周知,期权价格是具有终端条件(支付函数)的部分微分方程(PDE)的解决方案。偏微分方程的解与反向随机微分方程(BSDE)的解有着密切的联系。我们可以求解PDE以获得期权价格,也可以求解其相关BSDE。最近,adeep学习技术已应用于使用BSDE方法求解期权价格。在这种方法中,深度学习用于学习一些确定性函数,这些函数用于求解具有终端条件的BSDE。在本文中,我们将深度学习技术扩展到求解具有终端和边界条件的偏微分方程。特别是,我们将使用该技术来解决障碍选项使用布朗运动桥。1简介障碍期权是一种衍生品,其收益取决于标的资产是否突破了预定的障碍价格。对于simplebarrier案例,可以使用分析定价公式(请参见[1])。由于barr-ierOption具有内置的附加条件,因此它们往往比没有障碍的可比期权具有更便宜的溢价。因此,如果交易者认为不太可能达到障碍,他们可能更愿意以较低的溢价购买淘汰障碍期权。解决期权价格有不同的方法,包括解析解、数值求解偏微分方程和蒙特卡罗模拟。最近,人们提出了一种使用机器学习的不同方法。文献[2]研究了利用机器学习求解偏微分方程。在这项工作中,提出了一种新的方法来求解具有终端条件的抛物型偏微分方程,我们将在下文中称之为标准框架。
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2022-6-14 11:48:16
在这个*公司模型风险部,富国银行,必应。yu@wellsfargo.com+公司模型风险,富国银行公司模型风险,富国银行方法,PDE通过ha-Feymann-Kac公式表示为随机控制问题。在这个公式中,将期权价格的偏微分方程与BSDE联系起来。期权价格是通过解BSDE而不是解PDE来确定的。BSDE的解决方案由两个确定性函数表示。一项创新(如[2]所示)是使用神经网络和深度学习技术来学习这些确定性函数。这种方法的数学基础是基于Kolmogorov-Arnold表示定理。该定理表明,任何连续函数都可以用一个变量的c个连续函数的有限组合来近似。Cybe nko(见[3])发现前馈神经网络是该定理的自然实现,他提供了一个使用asigmoid函数的具体实现。除文[2]外,文[4]还将该方法推广到求解完全非线性的偏微分方程和二阶倒向随机微分方程。与这种深度学习方法相关的其他工作包括【5】和【6】。在文献[5]中,提出了一种模拟前向-后向随机微分方程(FBSDE)中过程的不同方法。不是使用神经网络来近似PDE解的导数,而是使用网络直接近似PDE解,并使用自动微分计算导数。文献[6]中提出了构建神经网络和学习结构的许多不同选择以及两种新型结构。这些问题是在具有某些终端条件的PDE的框架中出现的。这些偏微分方程可以用等效的BSDE求解。在上述标准框架中,求解的PDE没有边界条件。
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2022-6-14 11:48:20
有一些关于自由边界条件下偏微分方程的工作。在这些工程中,BSDE被反射BSDE(RBSDE)代替。为了求解RBSDE,在损失函数中添加了一个惩罚项,以考虑自由边界条件。同样,机器学习可以用来解决这些问题。[7]中使用了这种方法来解决美式期权。百慕大Swa期权通过在【8】中的边界行使期权来解决。在我们的工作中,我们考虑屏障选项。我们对障碍选项的边界条件进行了不同的处理。我们将边界条件合并为最终条件,而不是将RBSDE与边界处的惩罚函数或行使选项一起使用。据我们所知,以前从未采用过这种方法。在本文中,我们组织如下。在第2节中,我们介绍了针对Cauchy问题设计的standardframework。在第3节中,我们描述了如何扩展标准框架来处理障碍选项,这与Cauchy-Dirichlet问题相对应。在第4节中,我们给出了数值考虑和我们从实验中获得的结果。最后,我们在第5.2节机器学习求解BSDE的基本方法中做了一些总结。我们简要介绍了[2]中提出的基于深度学习的数值BSDE算法。我们从n FBSDE开始,这是在[9]中首次提出的。Xt=X+^tbs(Xs)ds+^tσs(Xs)dWsYt=h(Xt)+^Ttfs(Xs,Ys,Zs)ds-^ttzsdwsher,{Ws}0<s<是布朗运动,h(XT)是终止条件。对(Y,Z)0<t<t解决BSDE。众所周知,存在一个确定性函数u=u(t,x),使得Yt=u(t,Xt),Zt=u(t,Xt)σt(Xt)和u(t,x)求解拟线性偏微分方程。
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2022-6-14 11:48:24
对于前向和后向过程,我们可以使用Euler Scheme来近似:Xti+1≈ Xti+bti(Xti)(ti+1- ti)+σti(Xti)(Wti+1- Wti)(1)Yti+1≈ Yti公司- fti(Xti、Yti、Zti)(ti+1- ti)+Zti(Wti+1- Wti)(2)注意,我们已经将向后的过程变为向前的过程;这是治疗FBSDE的常用技术。这组方程在给定路径上有以下解释:Xtiis基本原理;Ytis是期权价格,Ztii与时间ti的delta相关。在基于深度学习的数值BSDE算法中,使用神经网络结构用参数θ逼近每个时间步的项Ztiat。从基本价格Xat时间0和初始猜测Y0,Z开始,我们使用方程(1)和(2)计算每个时间步的Xti+1和Yti+1,直到最终时间T。在终端时间,损耗由l(θ,Y,Z)=E[(YT)给出- h(XT))]。采用随机梯度下降法,通过迭代到Y,Zandθ的最优值来最小化损失函数。注意,这一思想的成功在于神经网络能够很好地逼近非线性函数Zt(Xt);Cybenko的工作保证了这一点(见[3])。该fr amework用Cauchy条件(标准框架)求解PDE。然而,有某些类型的选项将对应于具有Cauchy-Dirichlet条件的PDEW。例如,屏障选项是CauchyDirichlet PDE问题。在本文中,我们将考虑扩展standardframework来处理这种情况。3解决障碍期权的基本方法的扩展障碍期权是一种期权,其收益取决于基础资产的价格在一定时期内是否达到一定水平。这些障碍选项可分为淘汰选项或淘汰选项。当标的资产价格达到一定的障碍时,Aknock out期权就不再存在。
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2022-6-14 11:48:27
只有当基础ingasset价格达到一个障碍时,才存在敲入期权。向上和向外看涨期权是一种定期看涨期权,如果a资产组价格达到高于当前资产价格的障碍水平B,该看涨期权将不复存在。向上买入是一种定期买入期权,只有在达到障碍时才会出现。下入和下出选项的定义类似。在Black-Scholes框架下,假设系数为常数,不难推导出这类方程的解析解。因此,我们将使用分析溶液作为基准。我们想从柯西-狄里克莱问题的most一般形式开始。众所周知,费曼-卡克公式提供了一种将偏微分方程问题转化为概率问题的方法。Dirichlet条件需要以概率的方式进行转换,当它从一个域中退出时,要超越潜在的差异过程。定理1。(见【10】第4章)。设W为布朗运动。假设过程满足:Xt=X+^tbs(Xs)ds+^tσs(Xs)dws,其中b和σ满足一些常见的正则性和有界性条件。设Dbe为实空间中的有界域,并定义τt,x=inf{s>t,Xt,xs/∈ D} 进程X从域D的第一次退出时间从(t,X)开始。假设边界D是光滑的。假设函数r,g:[0,T]×(R)D→ R是连续的。然后是以下PDE的C1,2类溶液u(t,x)tu(t,x)+b(t,x)xu(t,x)+σ(t,x)xxu(t,x)- r(t,x)u(t,x)=0,t<t,x∈ Du(T,x)=g(T,x)x∈\'Du(t,x)=g(t,x)(t,x)∈ [0,T]×D(3)可以用以下概率表示u(t,x)=E[g(τt,x∧ T、 Xt,xτT,x∧T) e类-\'τt,x∧Ttr(s、Xt、xs)ds)。备注1。假设域D是有界的。
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