Monte Carlo-opcióárazás
A pénzügyekben sok mennyiség várható érték: egy opció ára a diszkontált várható kifizetés, egy kockázati mérőszám egy farokvalószínűség. Ha a várható értékre nincs zárt képlet, Monte Carlo-szimulációval becsülhető: sok véletlen kimenetelt sorsolunk, és átlagoljuk őket. Ez a lecke elmagyarázza, miért működik az átlagolás, milyen gyorsan konvergál, és hogyan árazható így egy európai call, felhasználva a részvényár pontos megoldását, amelyet „Az Itô-lemma” című lecke vezetett le.
Várható érték mint hosszú távú átlag
Legyen egy valószínűségi változó, amelynek várható értékét keressük. Sorsoljunk független, azonos eloszlású példányt, -et, és képezzük a mintaátlagot:
A nagy számok törvénye szerint , ha . Ez a Monte Carlo módszer teljes alapötlete: egy nehezen kiszámolható integrált könnyen előállítható szimulált kimenetelek átlagával helyettesítünk.
A becslés torzítatlan: minden -re . Egy-egy futás véletlen hibával tér el, de a hibának nincs szisztematikus iránya.
A standard hiba
Legyen egyetlen sorsolás szórása. Mivel a sorsolások függetlenek, összegük varianciája , és -nel osztva
Ez a becslés standard hibája. -ként csökken, ugyanazzal a négyzetgyökös törvénnyel, amely a „Véletlen bolyongás és Brown-mozgás” lecke bolyongását is irányította. A következmény kijózanító: a hiba tizedére csökkentéséhez százszor annyi szimuláció kell.
Monte Carlo-hiba: . Egy további tizedesjegy pontosság százszor annyi sorsolásba kerül.
Konfidenciaintervallum
A centrális határeloszlás-tétel szerint nagy esetén közelítőleg normális eloszlású a valódi várható érték körül, szórással. A valódi ismeretlen, ezért a sorsolások mintabeli szórását használjuk helyette. Az közelítő 95%-os konfidenciaintervalluma
Ha a teljes kísérletet sokszor megismételnénk, az ilyen intervallumok kb. 95%-a tartalmazná a valódi várható értéket. Monte Carlo-becslést mindig az intervallumával együtt közölj: a becslés önmagában semmit sem mond arról, mennyire lehet megbízni benne.
Egy európai call árazása
A „Kockázatsemleges valószínűségek” lecke megmutatta, hogy egy derivatíva ára a mérték szerinti diszkontált várható kifizetése. Egy kötési árú, lejáratú európai callra
alatt a részvény driftű GBM-et követ. Az Itô-lemma szerint a végső értéke pontosan ismert: , ahol , standard normális. Olyan kifizetésnél, amely csak -től függ, nincs szükség időléptetésre. Az algoritmus:
- Sorsolj független standard normális számot: .
- Számold ki a végső árakat: .
- Számold ki a kifizetéseket, és mindegyiket diszkontáld -vel.
- Átlagold a diszkontált kifizetéseket; mintabeli szórásuk -nel osztva a standard hiba.
Az ábra a szemünk előtt futtatja le ezt az algoritmust , , és mellett. Minden -húzás egy végsőár-hisztogramba kerül; a kötési ár vonalától jobbra eső oszlopok színezettek, mert a call csak ott fizet. Nyomjuk meg néhányszor a +1 gombot, és figyeljük az egyes húzásokat: a legtöbb 100 közelében landol, némelyik messze kint. Ezután az Indítás gombbal a húzások egyre gyorsabban érkeznek, a hisztogram felveszi a ferde lognormális alakot, az alatta lévő sáv pedig a futó becslést mutatja 95%-os sávjával együtt, amely a 10,45-ös Black–Scholes-ár körül szűkül. A kijelzők a húzások számát, a becslést, a standard hibát és a pénzben végző húzások arányát adják, ez utóbbi közelében állapodik meg. Az Újrakezdés új mintát indít.
- Húzások száma
- 0
- Becsült callár
- –
- Standard hiba
- –
- Pénzben lévő arány (N(d₂) = 0.560)
- –
Egy kis számpélda
Legyen , , , , . Ekkor és . Tegyük fel, hogy az öt sorsolás . A végső árak :
- : , kifizetés .
- : , kifizetés .
- : , kifizetés .
- : , kifizetés .
- : , kifizetés .
Az átlagos kifizetés , diszkontálva . Ezekre az adatokra a Black–Scholes-ár . Öt sorsolás messze kevés: a becslés jó tartományban van, de a hibája nagy.
Összevetés a Black–Scholes-árral
Ezekre az adatokra egyetlen diszkontált kifizetés szórása kb. , nagyobb, mint maga az ár, mert az érték nagy része a pályák kisebb hányadából származik, amelyek mélyen pénzben végződnek. A standard hiba és a 95%-os intervallum fél szélessége így
- : , intervallum .
- : , intervallum .
- : , intervallum .
Még 5000 pálya is csak kb. pontossággal határozza meg az árat a -ös Black–Scholes-érték körül. mellett az ár kb. -re, a kifizetés szórása kb. -re nő, így az intervallum -nél kb. -re szélesedik: ingadozóbb kifizetéshez ugyanakkora pontossághoz több sorsolás kell.
Az ábra ezt a callt árazza (, , , ), a végső árakat pontosan a alatti GBM-ből sorsolva. A futó Monte Carlo-becslést ábrázolja a szimulációk számának függvényében 5000-ig, körülötte a sávval, a Black–Scholes-árat pedig vízszintes egyenesként. Nyomd meg néhányszor az „Új minta” gombot: a görbe eleje ugrál, a sáv viszont -ként szűkül, és szinte mindig tartalmazza az egyenest. Mozgasd a csúszkát, és figyeld meg, hogy a sáv szélesedik. Az -nél mutatott kijelzők a becslést, a standard hibát, a Black–Scholes-árat és a hibát adják.
- Becslés, n = 5000
- 10.583
- Standard hiba
- 0.207
- Black–Scholes-ár
- 10.451
- Eltérés
- 0.132
Európai callnál a zárt képlet nyilvánvalóan jobb. A Monte Carlo ott térül meg, ahol a kifizetés a teljes pályától függ (ázsiai vagy korlátos opciók), ahol egyszerre sok alaptermék van, és olyan modelleknél, mint a Heston, ahol nincs egyszerű képlet. A rugalmasság minden esetben ugyanaz; csak a kifizetésfüggvény változik.
Varianciacsökkentés
Mivel a hiba , kétféleképpen javítható: növelésével vagy csökkentésével. Az -t csökkentő eljárásokat varianciacsökkentésnek nevezzük. A legegyszerűbb az antitetikus változók módszere: minden sorsolás mellett -t is használjuk, és a két kifizetést átlagoljuk. A pár ellentétes irányba mozog, így zajuk nagy része kioltja egymást. Egy másik a kontrollváltozó: a szimuláció mellett egy pontosan ismert várható értékű mennyiséget is követünk, például a diszkontált részvényárat, amelynek várható értéke , és a becslést az ebben a mennyiségben megfigyelt hibával korrigáljuk.
Összefoglalás
- A Monte Carlo egy várható értéket független szimulált kimenetel átlagával becsül; a nagy számok törvénye biztosítja a konvergenciát.
- A standard hiba : a hiba felezéséhez négyszer annyi sorsolás kell.
- A 95%-os konfidenciaintervallum a becslés .
- Egy európai call ára az átlaga az kockázatsemleges sorsolásain; az eredmény a Black–Scholes-árhoz konvergál.
- Igazi ereje a rugalmasság: pályafüggő kifizetések és zárt képlet nélküli modellek.
Monte Carlo-ár átlagos kifizetés, az standard hibával együtt közölve.