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2022-06-24
英文标题:
《Neural network regression for Bermudan option pricing》
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作者:
Bernard Lapeyre (CERMICS, MATHRISK), J\\\'er\\^ome Lelong (DAO)
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最新提交年份:
2020
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英文摘要:
  The pricing of Bermudan options amounts to solving a dynamic programming principle, in which the main difficulty, especially in high dimension, comes from the conditional expectation involved in the computation of the continuation value. These conditional expectations are classically computed by regression techniques on a finite dimensional vector space. In this work, we study neural networks approximations of conditional expectations. We prove the convergence of the well-known Longstaff and Schwartz algorithm when the standard least-square regression is replaced by a neural network approximation. We illustrate the numerical efficiency of neural networks as an alternative to standard regression methods for approximating conditional expectations on several numerical examples.
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中文摘要:
百慕大期权的定价相当于求解一个动态规划原理,其中的主要困难,尤其是在高维情况下,来自计算连续值所涉及的条件期望。这些条件期望是通过有限维向量空间上的回归技术进行经典计算的。在这项工作中,我们研究了条件期望的神经网络近似。当标准最小二乘回归被神经网络近似代替时,我们证明了著名的Longstaff和Schwartz算法的收敛性。我们通过几个数值例子说明了神经网络作为标准回归方法的替代方法在逼近条件期望方面的数值效率。
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分类信息:

一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Probability        概率
分类描述:Theory and applications of probability and stochastic processes: e.g. central limit theorems, large deviations, stochastic differential equations, models from statistical mechanics, queuing theory
概率论与随机过程的理论与应用:例如中心极限定理,大偏差,随机微分方程,统计力学模型,排队论
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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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2022-6-24 09:30:28
百慕大期权的神经网络回归pricingBernard Lapeyre*Jér^ome Lelong+2020年12月3日摘要百慕大期权的定价相当于解决一个动态规划原则,其中主要的差异,尤其是在高维方面,来自于计算连续值所涉及的条件期望。这些条件期望通过有限维向量空间上的回归技术进行经典计算。在这项工作中,我们研究了条件期望的神经网络近似。当标准最小二乘回归被神经网络近似代替时,我们证明了著名的Longstaff和Schwartz算法的收敛性,假设计算该近似的有效算法。我们通过几个数值例子说明了神经网络作为标准回归方法的替代方法的数值效率,以近似条件期望。关键词:百慕大选项、最优停止、回归方法、深度学习、神经网络。1引言解决美式期权价格计算中涉及的后向递归问题多年来一直是一个具有挑战性的问题,人们提出了各种方法来近似其解决方案。真正的困难在于在递归的每个时间步计算条件期望E[UTn+1 | FTn]。如果我们要对不同的方法进行分类,我们可以说有基于回归的方法(见Tilley【1993】、Carriere【1996】、Tsitiklis andRoy【2001】、Broadie和Glasserman【2004】)和量化方法(见Bally和Pages【2003】、Bronstein等人【2013】)。我们参考Bouchard和Warin【2012】和Pagès【2018】对百慕大期权定价的不同技术进行了深入调查*巴黎理工大学,Cermics(ENPC),INRIA,F-77455 Marne la Vallée,Franceemail:bernard。lapeyre@enpc.fr+大学。
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2022-6-24 09:30:31
格勒诺布尔阿尔卑斯山,CNRS,格勒诺布尔INP,LJK,38000格勒诺布尔,法国。电子邮件:jerome。lelong@univ-格勒诺布尔阿尔卑斯山。朗斯塔夫(Longstaff)和施瓦茨(Schwartz)[2001]提出的利用动态规划原理计算美式期权价格的算法受到了许多实践者的青睐。他们的方法基于迭代选择最优策略。在此,我们提出并分析了该算法的一个版本,该算法使用神经网络来计算条件期望的近似值,然后获得最佳的行使策略。使用神经网络计算美式期权价格并不是什么新鲜事,但我们知道,没有专门针对LS型算法使用神经网络的工作(LS for Longstaff and Schwartz[2001])。Haugh和Kogan【2004】中,作者在数值实验中使用神经网络,通过价值函数上的动态规划方程对美式期权进行定价。这导致他们提出了一种与本文研究的LS型算法不同的Tsitsiklis和Roy[2001]型算法,该算法只涉及最优停车策略。Kohleret al.(2010)使用神经网络对美式期权进行定价,但他们也在价值函数上使用了动态编程方程。此外,他们在每个时间步n使用基础过程X的整个pathof的新样本来证明收敛性。在我们的方法中,我们使用神经网络启发的原始Longstaff-Schwartz算法的修改,并在开始之前绘制一组分布为(XT,XT,…,XTN)的M样本,我们在每个时间步使用这些非常相同的样本。这通过避免在每个时间步进行非常昂贵的重模拟,节省了大量计算时间,这大大提高了我们方法的效率。
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2022-6-24 09:30:35
Becker等人[2019a,b]还将深度学习用于优化停车的背景下,以参数化最优策略。现在,我们描述一下我们研究的框架。我们确定了一些有限时间范围T>0和经过过滤的概率空间(Ohm, F、 (英尺)0≤t型≤T、 P)用Fbeingthe琐碎σ对金融市场建模-代数我们假设短期利率由一个适应过程(rt)0建模≤t型≤P是一个相关的风险中性指标。我们考虑百慕大期权,行使日期为0=t≤ T<T<···<TN=T和贴现收益ZTnif行使时间TN。为方便起见,我们将0和T添加到行使日期。这完全不是我们在此提出的方法的要求,但它使符号更轻,避免处理百慕大方案中涉及的纯欧洲部分。我们假设离散时间贴现支付过程(ZTn)为0≤n≤Nis适应过滤(FTn)0≤n≤Nand thatE[最大值0≤n≤N | ZTn |]<∞.在完整市场中,如果E表示风险中性概率下的预期,则标准套利定价参数允许确定贴现值(Un)0≤n≤时间(Tn)0时的百慕大水电站Nof≤n≤NbyUTn=supτ∈TTn,TE【Zτ| FTn】。(1) 利用斯内尔包络理论,序列U可以由以下动态规划方程(UTN=ZTNUTn=max)证明ZTn,E[UTn+1 | FTn], 0≤ n≤ N- 1.(2)该方程可以根据最优策略重写。
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2022-6-24 09:30:38
设τnbe为时间Tn后的最小最优策略-达到(1)中最大值的最小停止时间-然后(τN=TnτN=Tn{ZTn≥E[Zτn+1 | FTn]}+τn+1{ZTn<E[Zτn+1 | FTn]}。(3) 所有这些基于动态规划原理的方法,无论是作为值迭代(2)还是策略迭代(3),都需要实现马尔可夫设置,以便知道整个过去的条件期望可以被只知道当前马尔可夫过程值的条件期望所取代。我们假设贴现支付过程写入ZTn=φn(XTn),对于任何0≤ n≤ N、 其中(Xt)0≤t型≤这是一个采用Rr值的自适应马尔可夫过程。因此,(3)简单化中涉及的条件期望为[Zτn+1 | FTn]=E[Zτn+1 | XTn],因此可以用标准最小二乘法近似。请注意,此设置允许考虑大多数标准财务模型。对于局部波动性模型,过程X通常定义为Xt=(rt,St),其中sti是资产的价格,rt是瞬时利率(只有在利率确定时,Xt=St)。在随机波动率模型中,X还包括波动过程σ,Xt=(rt,St,σt)。一些路径依赖型期权也可以以增加流程X的规模为代价来适应此框架。例如,在有回报的亚式期权(TAT)的情况下- ST)+当At=RtSudu时,可以将X定义为Xt=(rt,ST,σt,At),然后亚洲期权可以被视为二维但非交易资产(S,a)上的普通期权。一旦确定了马尔可夫过程X,条件期望可以写为[Zτn+1 | FTn]=E[Zτn+1 | XTn]=ψn(XTn)(4),其中ψ解决了以下最小化问题∈L(L(XTn))EhZτn+1- ψ(XTn)i其中L(L(XTn))是所有可测函数f的集合,使得E[f(XTn)]<∞.
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2022-6-24 09:30:41
真正的挑战来自于通过有限维空间正确逼近空间L(L(XTn)):通常使用多项式或局部基(见Gobet等人【2005年】、Bouchard和Warin【2012年】),并且在任何情况下,它总是归结为线性回归。在这项工作中,我们使用神经网络来逼近ψnin(4)。神经网络和常用的回归方法之间的主要区别在于神经网络的非线性,这也增强了它们的强度。请注意,具有固定数量层和神经元的神经网络集显然不是向量空间,甚至不是凸的。通过神经网络,本文研究了在Longstaff-Schwartz算法中使用条件期望的非线性近似的效果。本文的组织结构如下。在第2节中,我们从神经网络的一些预备知识开始,回顾了普适逼近定理。然后,在第3节中,我们描述了我们的算法,第4节研究了其收敛性。最后,我们在第5.2节深度神经网络的预备知识中给出了一些数值结果深度神经网络(DNN)旨在逼近有限维空间中定义的(复杂非线性)函数,与通常通过基函数(如多项式)构建的加性近似理论相比,它们依赖于简单函数层的组成。神经网络的相关性来自于普遍逼近定理和科尔莫戈罗夫-阿诺德表示定理(见Arnold【2009】、科尔莫戈罗夫【1956】、Cybenko【1989】、Hornik【1991】、Pinkus【1999】),这在许多实际应用中都是成功的。我们考虑前馈神经网络(也称为多层感知器)来近似每个时间步的连续值。
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