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2022-06-24
英文标题:
《Deep Curve-dependent PDEs for affine rough volatility》
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作者:
Antoine Jacquier and Mugad Oumgari
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最新提交年份:
2020
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英文摘要:
  We introduce a new deep-learning based algorithm to evaluate options in affine rough stochastic volatility models. We show that the pricing function is the solution to a curve-dependent PDE (CPDE), depending on forward curves rather than the whole path of the process, for which we develop a numerical scheme based on deep learning techniques. Numerical simulations suggest that the latter is extremely efficient, and provides a good alternative to classical Monte Carlo simulations.
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中文摘要:
我们引入了一种新的基于深度学习的算法来评估仿射粗糙随机波动率模型中的期权。我们证明了定价函数是依赖于曲线的偏微分方程(CPDE)的解,它依赖于前向曲线而不是整个过程的路径,为此我们开发了一个基于深度学习技术的数值方案。数值模拟表明,后者非常有效,为经典蒙特卡罗模拟提供了一个很好的替代方案。
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分类信息:

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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2022-6-24 03:03:25
仿射粗糙挥发度的深曲线依赖型偏微分方程Toine JACQUIER和MUGAD OUMGARIAbstract。我们引入了一种新的基于深度学习的算法来评估粗糙随机波动率模型中的期权。我们证明了定价函数是曲线依赖型偏微分方程(CPDE)的解,它依赖于前向曲线而不是整个过程的路径,为此我们开发了一个基于深度学习技术的数值模式。数值模拟表明,后者非常有效,为经典蒙特卡罗模拟提供了一个很好的替代方案。1、简介自Black和Scholes模型[16]以来,金融建模中的随机模型经历了许多转变,其最新革命由Gatheral、Jaisson和Rosenbaum[38]首创,引入了粗糙波动率的概念。在这种情况下,瞬时波动率是由分数布朗运动驱动的异方差方程的解,该分数布朗运动具有小(小于一半)赫斯特指数,这是路径低H¨older正则性的同义词。这一特征不仅与历史时间序列(historicaltime series)[38]相一致,而且还可以进一步捕捉到股票期权的货币偏斜这一臭名昭著的现象,如[3、9、8、33、34]所述。从那时起,许多人致力于倡导这类新模型,并充分展示其能力,尤其是作为一大类资产的精确动力学,以及波动率指数的一致定价[50,54]。虽然没有什么是免费的,但这种新范式的另一面是计算成本。
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2022-6-24 03:03:28
除了拉夫赫斯顿模型[1、30、31、29、28]及其有效扩展[2、39]之外,分数布朗运动的马尔可夫性的缺失阻止了蒙特卡罗模拟以外的任何定价工具;传统上,连续高斯过程(包括分数布朗运动)的模拟只要比标准布朗运动慢一步。然而,这些粗糙波动率模型在估计和校准方面的明显优势鼓励了定价数值方法的深入和快速创新,特别是现在的标准混合方案[12,47]以及Donsker类型定理[49,67]、数值近似[6,46,40]和基于机器学习的技术[10,74]。事实上,行业实践往往根深蒂固,不是在纯粹的随机波动率模型中,而是在局部波动率成分“a la Dupire[21]增强的模型中,从而确保对观察到的欧洲期权价格表面的精确拟合。因此,粗波动率模型的下一步自然是包括此类成分。我们自然会在我们的环境中包含这种可能性,尽管只是以理论的方式。虽然这可以通过模拟来实现,但我们采用了不同的策略,遵循了Viens和Zhang[75]最近的发展,他们证明了粗糙挥发模型的Feynman-Kac定理的类似版本。然而,基本的区别在于,相应的偏微分方程是无路径依赖的。这迫使我们重新审视经典的市场完整性结果,建立粗糙局部随机波动率模型。Touzi、Zhang和合著者【24、25、26】对路径相关偏微分方程(PPDE)进行了深入研究,我们将从他们的工作中得出存在性和唯一性。
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2022-6-24 03:03:31
尽管取得了这些进展,但在数值上解决这些PPDE方面的研究还很少,唯一的例外是张和卓[5]以及任和谭[69]提出的Barles和Souganidis单调方案的路径依赖版本。然而,其执行情况还远不明显。在粗略波动的背景下,我们表明定价函数取决于前瞻性曲线,而不是日期:2020年11月26日。2010年数学学科分类。35R15、60H30、91G20、91G80。关键词和短语。粗糙波动性、深度学习、路径依赖型偏微分方程。此处表达的观点和意见是作者的,并不代表其雇主的观点。他们不对这些内容的任何使用负责。本演示文稿的任何部分均无意影响投资决策或推广任何产品或服务。作者要感谢Lukasz Szpruch和Bernhard Hientzsch对讨论的鼓励,以及裁判和副主编的深刻评论。2 ANTOINE JACQUIER和MUGAD OUMGARIthan介绍了整个过程(包括过去)。因此,我们考虑路径依赖型偏微分方程的一个子类,我们称之为曲线依赖型偏微分方程(CPDE),针对该类偏微分方程,基于定价CPDE的离散化,我们开发了一种新算法,然后使用E、Han和Jentzen开创的深度学习技术进行求解【23】。我们顺便注意到,使用机器学习(或深度学习)技术来解决高维alpdes最近是几种方法的焦点。很长一段时间以来,神经网络确实被用来求解偏微分方程(PDE)[60,61];最近,Sirignano和Spiliopoulos【73】提出了一种不依赖于给定网格的算法(与之前的文献相反),从而允许更容易地扩展到多维情况。
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2022-6-24 03:03:36
在撰写本论文的过程中,我们又发现了另外两个思想,这两个思想在精神上与我们从[23]中借用的思想相似:Sabate Vidales、Siˇska和Szpruch[72],以及andHur\'e、Pham和Warin[51],他们也使用了与PDE相对应的BSDE——尽管方式不同——来应用机器学习技术。由于我们在这里的设置不仅仅是为了解决高维偏微分方程,因此我们暂时不需要对这些不同方案进行精确比较。本文将遵循一个自然的过程:第2节介绍了分析的财务建模设置,介绍了粗略的局部随机波动率模型,并证明了初步结果,为其在定量金融中的应用奠定了基础。在第3节中,我们表明,在这种情况下,金融衍生工具是曲线相关PDE的解决方案,为此我们提出了一种离散化算法,并采用了【23】中开发的深度学习方法。我们在第5节中展示了该技术对于粗糙Heston模型的有效性和准确性。我们在附录中收集了一些长的证明和提醒,以避免干扰论文的流动。2、建模框架为了深入了解建模框架和我们的主要设置,我们推迟到附录A,以查看由Viens和Zhang开发的随机Volterra系统的功能It^o公式【75】。我们引入了一个粗糙的局部随机波动率模型来研究股票价格过程的动力学。在divinginto进行数值考虑之前,我们将无套利和市场完整性的经典框架应用于此设置,以确保定价和校准完全有意义。2.1. 粗糙(局部)随机波动率模型。这里我们对随机波动率模型感兴趣,其中波动率是粗糙的,从[38]的意义上来说。
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2022-6-24 03:03:40
根据历史测量,这可以写成(2.1)St=S+ZturSrdr+Ztl(r,Sr,Vr)SrdWr,Vt=V+ZtK(t- r)b(Vr)dr+ξ(Vr)dBr,d hW,位=ρdt,其中ρ∈ [-1,0],S,Vare严格正实数,W和B是两个标准的布朗运动。设置X=(S,V),我们可以将系统重写为(2.2)Xt=X+Ztb(t,r,Xr)dr+Ztσ(t,r,Xr)·dBr,其中b(t,r,Xr)=urSrK(t- r) b(Vr)和σ(t,r,Xr)=ρl(t,Sr,Vr)Srρl(t,Sr,Vr)Sr0 K(t- r) ξ(Vr),式中ρ:=p1- ρ和B=(B⊥, B) ,W:=ρB+ρB⊥. X的SDE表示一个随机Volterra系统,通常不是马尔可夫系统。原则上,我们可以考虑更多的通用性,并在[75]之后假设,对于任何t≥ 0和r∈ [0,t],系数b和σ取决于过去的轨迹Xr∧·,例如,包括具有延迟的模型。然而,在我们感兴趣的应用程序中不需要这样的扩展,我们也不会追求它。备注2.1。我们只能对函数l(·)的行为作出一般性假设,足以确保系统的存在性和唯一性。数学金融学中的一个经典例子是l(t,S,V)=(V),对于某些函数(·),在这种情况下(2.1)对应于一个(粗糙的)随机波动率模型。更一般的设置是局部(粗糙)随机波动率模型,l(·)的形式为l(t,S,v)=l(t,S)(v),仿射粗糙波动率3的深曲线依赖型偏微分方程,其中l(·,·)通常称为杠杆函数。根据Dupire【21】和Gy¨ongy【45】的结果,如果想要确保该模型精确校准到欧洲期权价格,那么等式σL(t,s)=等式l(t,St,Vt)| St=s= 均衡器L(t,St)(Vt)| St=s= L(t,s)等式(Vt)| St=s每t,s必须保持≥ 0,其中称为局部波动率的函数σLis(至少在理论上)直接从欧洲期权价格中获得。
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