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2022-06-24
英文标题:
《Deep Learning-Based Least Square Forward-Backward Stochastic
  Differential Equation Solver for High-Dimensional Derivative Pricing》
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作者:
Jian Liang and Zhe Xu and Peter Li
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最新提交年份:
2020
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英文摘要:
  We propose a new forward-backward stochastic differential equation solver for high-dimensional derivatives pricing problems by combining deep learning solver with least square regression technique widely used in the least square Monte Carlo method for the valuation of American options. Our numerical experiments demonstrate the efficiency and accuracy of our least square backward deep neural network solver and its capability to provide accurate prices for complex early exercise derivatives such as callable yield notes. Our method can serve as a generic numerical solver for pricing derivatives across various asset groups, in particular, as an efficient means for pricing high-dimensional derivatives with early exercises features.
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中文摘要:
我们将深度学习求解器与最小二乘蒙特卡罗方法中广泛使用的最小二乘回归技术相结合,提出了一种新的用于高维衍生品定价问题的正倒向随机微分方程求解器。我们的数值实验证明了我们的最小二乘后向深层神经网络解算器的效率和准确性,以及它能够为复杂的早期行使衍生工具(如可赎回收益率票据)提供准确的价格。我们的方法可以作为跨各种资产组的衍生工具定价的通用数值解算器,尤其是作为具有早期练习功能的高维衍生工具定价的有效手段。
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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: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: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 11:28:17
基于深度学习的高维导数PricingJian Liang的最小二乘前向后向随机微分方程求解器*, Zhe Xu+,Peter Li2020年6月发布的v1.1摘要我们将深度学习解算器与最小二乘蒙特卡罗方法中广泛使用的最小二乘回归技术相结合,提出了一种新的用于高维衍生品定价问题的正反向随机微分方程解算器,用于美式期权的估值。我们的数值实验证明了我们的最小二乘后向深层神经网络解算器的准确性,以及它能够为复杂的早期运动衍生品(如callable yieldnotes)生成准确的价格。我们的方法可以作为一个通用的数值解算器,用于对各种资产组的衍生工具进行定价,尤其是作为一种精确的方法,用于对具有早期行使特征的高维衍生工具进行定价。关键词:前向-后向随机微分方程(FBSDE)、深度神经网络(DNN)、最小二乘回归(LSQ)、百慕大期权、可赎回收益率票据(CYN)、高维导数内容1简介2*吉安富国银行股份有限公司模型风险部。liang@wellsfargo.com+浙江富国银行股份有限公司模型风险部。xu@wellsfargo.comCorp orate Model Risk,富国银行,peter。li@wellsfargo.com2背景知识52.1正倒向随机微分方程。52.2百慕大期权。72.3可赎回收益率票据。73正向DNN法84最小二乘反向DNN法94.1反向DNN法。104.2最小二乘回归。114.3最小二乘反向DNN法。
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2022-6-24 11:28:20
. . . . . . . . . . 115数值结果125.1正向与反向DNN方法。135.2百慕大期权测试。145.3可赎回收益率票据测试。165.4效率测试。175.4.1欧洲期权的效率测试。195.4.2百慕大期权和CYNs的效率测试。206结论201引言正如著名书籍【11】所述,金融衍生工具或简单的衍生工具可以定义为一种金融工具,其价值取决于(或源自)其他更基本的基础变量的价值。基本变量可以是交易资产,如普通股、大宗商品和债券等。它们也可以是股票指数、利率、外汇汇率等。套期保值者可以使用衍生工具来减少他们面临的市场变量未来潜在变动的风险,也可以使用投机者来押注市场变量的未来方向。最常见的衍生品类型是期货合约、远期合约、掉期和期权。衍生产品定价在学术界和工业界都得到了广泛的研究。除了简单的衍生产品,如期货、远期、掉期和欧洲普通期权,数字方法可用于衍生产品定价。Tree、PDE和Monte Carlo是复杂衍生品定价的三种主要方法。然而,由于实施的复杂性和数字负担,树方法和基于经典有限差分的PDE方法都不适用于高维衍生品定价。这就是众所周知的“维度诅咒”。因此,蒙特卡罗方法在高维衍生品定价中得到了广泛的应用。
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2022-6-24 11:28:23
为了确定最佳行权策略,在对早期行权产品(如美国期权、百慕大期权、可赎回结构性票据等)进行定价时,必须在蒙特卡罗方法中嵌入一些额外的数值程序,因为在早期行权时间进行次级MC模拟以计算续发的预期收益在计算上是不切实际的,已经提出了各种技术。[1] 提出了一种分层状态方法,该方法根据状态变量(而非股票价格)对股票价格路径进行排序,以确定支付效果。然而,在Barraquand和Martineau的方法中,无法获得结果的误差估计。[2] 提出了一种模拟树方法对美式期权进行定价,该方法还可以生成美式期权的上下界。[13] 提出了一种最小二乘蒙特卡罗算法来对美式期权进行定价,并在该方法中,在早期练习步骤中引入了最小二乘回归来估计延续的预期收益。由于最小二乘蒙特卡罗算法计算效率高且易于实现([19]),因此它是从业者中使用最广泛的算法,用于定价具有早期练习特征的高维衍生工具。机器学习在衍生品定价中的应用可以追溯到20世纪90年代,当时[9]在非参数回归中使用神经网络来估计期权价格。在最近的一项研究中【5】应用高斯过程回归中的机器学习,从产品、市场和模型参数训练的中立网络预测期权价格。
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2022-6-24 11:28:27
除了在期权定价中使用它们作为回归工具,最近,研究人员使用机器学习技术来近似与衍生工具定价相关的抛物线偏微分方程的解,特别是对于高维模型,其中经典方法面临挑战。[17,18]应用深伽辽金方法解决定量金融应用中出现的高维偏微分方程,包括期权定价。[6,8]在本文中提出了一种创新算法,称为前向DNN,其中深层神经网络用于求解非线性抛物型偏微分方程。通过推广的Feynman-Kac定理,他们将PDE公式化为等价的倒向随机微分方程(BSDE),然后开发了一种求解BSDE的深度中立网络算法。他们的算法实现简单,可以直接应用于欧式高维衍生品定价。[16] 提出了与[6]工作中不同的损失函数,并将中性网络直接放置在利益的解决方案上。因此,在Raissi的算法中,解覆盖了整个时空域,而不仅仅是Weinane算法中的初始点。此外,Raissi算法还具有神经网络参数个数与时间离散间隔个数无关的优点。请注意,Weinan E或Raissi的方法更适用于欧洲风格的衍生品定价,但不适用于具有早期行使特征的衍生品。[7] 证明了在前向DNN方法中使用渐近展开作为先验知识可以大大减少损失函数,加快收敛速度。
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2022-6-24 11:28:30
他们还将forwardDNN方法扩展到了可用于美国篮子期权定价的反射BSDE。[20] 针对LIBORmarket模型下百慕大互换期权的定价问题,提出了一种反向DNN算法。然而,由于Wang等人的工作中没有数值研究,因此他们的反向DNN对百慕大方案的有效性和准确性尚不清楚。将反向DNN的结果与经典方法(如最小二乘蒙特卡罗模拟)的结果进行比较。由于模拟路径上的贴现支付被视为不提前行使条件下的延续值,预计aBermudan swaption的价格在Wang等人的算法中会有偏差。在本文中,我们提出了一种基于后向深度学习的最小二乘前向后向随机微分方程求解器,用于定价高维导数,尤其是具有早期练习特征的高维导数。文献[10]报道了将中性网络与回归相结合来解决早期行使期权的应用,如美式期权定价问题。在Kohler等人的工作中,神经网络被用作非参数回归的优化工具,而在我们的工作中,神经网络被用于求解BSDE。与Wang等人的算法不同,该算法只适用于消失漂移项,我们的算法可用于一般漂移函数。此外,在我们的算法中,最小二乘回归用于确定早期练习的最佳条件。尽管已经有很多关于使用神经网络逼近偏微分方程解以进行衍生品定价的研究,但与经典数值方法相比,很少有研究评估其效率。
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