Броуновская модель финансовых рынков - Brownian model of financial markets

Модели броуновского движения для финансовых рынков основаны на работе Роберта К. Мертона и Пола А. Самуэльсона как расширения однопериодных рыночных моделей Гарольда Марковица и Уильяма Ф. Шарпа и связаны с определением концепций финансового активы и рынки , портфели , прибыли и богатство в терминах стохастических процессов в непрерывном времени .

Согласно этой модели, цены на эти активы постоянно меняются во времени и управляются процессами броуновского движения. Эта модель требует допущения об идеально делимых активах и свободном от трений рынке (т. Е. О том, что транзакционные издержки не возникают ни при покупке, ни при продаже). Другое предположение - цены на активы не имеют скачков, то есть на рынке нет сюрпризов. Последнее предположение снимается в моделях скачкообразной диффузии .

Процессы финансового рынка

Рассмотрим финансовый рынок, состоящий из финансовых активов, где один из этих активов, называемый облигациями или денежным рынком , не подвержен риску, а остальные активы, называемые акциями , являются рискованными.

Определение

Финансовый рынок определяется как , которая удовлетворяет следующему:

  1. Вероятностное пространство .
  2. Временной интервал .
  3. - Мерный процесс броуновского где адаптированы к расширенной фильтрации .
  4. Измеряемый безрисковый процесс определения ставок на денежном рынке .
  5. Измеримая средняя норма доходности процесса .
  6. Измеримая норма прибыли от дивидендов .
  7. Измеримый процесс волатильности , такой, что .
  8. Измеримая, конечная вариация, сингулярно непрерывный стохастик .
  9. Начальные условия, заданные как .

Расширенная фильтрация

Пусть - вероятностное пространство , а - D-мерный случайный процесс броуновского движения с естественной фильтрацией :

Если такие меры 0 (т.е. нуля при мере ) подмножества , затем определяют дополненную фильтрацию :

Разница между и заключается в том, что оба последних непрерывны слева в том смысле, что:

и непрерывные справа , такие что:

в то время как первый только непрерывен слева.

Связь

Доля облигации (денежный рынок) имеет цену на время с , непрерывно, адаптированной и имеет конечную вариацию . Поскольку он имеет конечную вариацию, его можно разложить на абсолютно непрерывную часть и сингулярно непрерывную часть по теореме Лебега о разложении . Определять:

и

в результате чего SDE :

который дает:

Таким образом, можно легко увидеть, что если оно абсолютно непрерывно (т.е. ), то цена облигации изменяется подобно стоимости безрискового сберегательного счета с мгновенной процентной ставкой , которая является случайной, зависящей от времени и измеримой.

Акции

Цены на акции моделируются как цены на облигации, за исключением случайных колебаний компонента (так называемой волатильности ). В качестве премии за риск, возникающий в результате этих случайных колебаний, средняя доходность акции выше, чем у облигации.

Позвольте быть строго положительными ценами на акцию акций, которые являются непрерывными стохастическими процессами, удовлетворяющими:

Здесь - волатильность -й акции, а - ее средняя доходность.

Для сценария ценообразования без арбитража оно должно быть таким, как определено выше. Решение этого:

и цены на акции со скидкой:

Обратите внимание, что вклад из-за скачков в цене облигации не появляется в этом уравнении.

Дивидендная ставка

Каждая акция может иметь соответствующий дивиденд процесс ставки дает норму выплаты дивидендов на единицу стоимости акций во время . Учет этого в модели дает процесс доходности :

Портфолио и процессы получения

Определение

Рассмотрим финансовый рынок .

Процесс портфеля для этого рынка является измеримым, оцениваются процессом таким образом, что:

, почти наверняка ,
, почти наверняка, и
, почти наверняка.

Процесс получения прибыли для этого портфеля:

Мы говорим, что портфель самофинансируется, если:

.

Оказывается, что для самофинансируемого портфеля соответствующая стоимость определяется из и поэтому иногда упоминается как процесс портфеля. Также подразумевается заимствование денег на денежном рынке, в то время как подразумевается занятие короткой позиции по акциям.

Термин в SDE - процесс премии за риск , и это компенсация, полученная в обмен на инвестирование в -ю акцию.

Мотивация

Рассмотрим временные интервалы , и пусть будет количество акций актива , удерживаемых в портфеле в течение временного интервала во времени . Для того, чтобы избежать случая инсайдерской торговли (то есть предвидение будущего), необходимо, чтобы это измеримое.

Следовательно, дополнительная прибыль на каждом торговом интервале из такого портфеля составляет:

и - общая прибыль с течением времени , тогда как общая стоимость портфеля равна .

Определите , дайте временному разделу обнулить и замените, как определено ранее, чтобы получить соответствующее SDE для процесса усиления. Здесь обозначается сумма в долларах, вложенная в актив на данный момент , а не количество акций.

Доходы и процессы благосостояния

Определение

Учитывая финансовый рынок , то кумулятивный процесс дохода является семимартингалом и представляет собой доход , накопленный за время , в связи с другими , чем инвестиции в источники активов финансового рынка.

Затем процесс получения благосостояния определяется как:

и представляет собой общее состояние инвестора на данный момент . Портфель считается финансируемым, если:

Соответствующее SDE для процесса благосостояния с помощью соответствующих замен становится:

.

Обратите внимание, что опять же, в этом случае значение может быть определено из .

Жизнеспособные рынки

Стандартная теория математических финансов ограничена жизнеспособными финансовыми рынками, то есть теми, на которых нет возможностей для арбитража . Если такие возможности существуют, это подразумевает возможность получения сколь угодно большой безрисковой прибыли.

Определение

На финансовом рынке процесс самофинансирования портфеля считается возможностью арбитража, если связанный с ним процесс получения прибыли , почти наверняка и строго. Рынок, на котором нет такого портфеля, считается жизнеспособным .

Подразумеваемое

На жизнеспособном рынке существует адаптированный процесс, такой, что почти для каждого :

.

Это называется рыночной ценой риска и связывает премию за акцию с ее волатильностью .

И наоборот, если существует D-мерный процесс , удовлетворяющий вышеуказанному требованию, и:

,

тогда рынок жизнеспособен.

Кроме того, на жизнеспособном рынке может быть только один денежный рынок (облигация) и, следовательно, только одна безрисковая ставка. Следовательно, если -я акция не влечет за собой риска (т.е. ) и не приносит дивидендов (т.е. ), то ее норма доходности равна ставке денежного рынка (т.е. ), а ее цена соответствует цене облигации (т.е. ).

Стандартный финансовый рынок

Определение

Финансовый рынок считается стандартным, если:

(i) Это жизнеспособно.
(ii) Количество акций не превышает размер основного процесса броуновского движения .
(iii) Рыночная цена процесса риска удовлетворяет:
, почти наверняка.
(iv) Позитивный процесс - это мартингал .

Комментарии

В случае, если количество акций превышает размер , в нарушение пункта (ii) из линейной алгебры, можно увидеть, что есть акции, волатильность которых (заданная вектором ) является линейной комбинацией волатильностей других акций ( потому что ранг есть ). Таким образом, акции могут быть заменены эквивалентными паевыми фондами.

Стандарт мартингальной мера на для стандартного рынка, определяются как:

.

Обратите внимание , что и являются абсолютно непрерывными по отношению друг к другу, то есть они эквивалентны. Также, согласно теореме Гирсанова ,

,

является -мерным процессом броуновского движения при фильтрации по .

Полные финансовые рынки

Полный финансовый рынок - это такой рынок, который позволяет эффективно хеджировать риск, присущий любой инвестиционной стратегии.

Определение

Позвольте быть стандартным финансовым рынком и быть измеряемой случайной величиной, такой что:

.
,

Рынок считается завершенным, если каждый из них является финансируемым , т. Е. Если существует процесс -финансирование портфеля , такой, что связанный с ним процесс обеспечения благосостояния удовлетворяет

, почти наверняка.

Мотивация

Если конкретная инвестиционная стратегия требует своевременной выплаты , размер которой неизвестен , тогда консервативная стратегия будет состоять в том, чтобы отложить сумму , чтобы покрыть платеж. Однако на полноценном рынке можно отложить меньше капитала (а именно ) и инвестировать его так, чтобы со временем он вырос до размера .

Следствие

Стандартный финансовый рынок является полным тогда и только тогда , когда волатильный процесс не является сингулярным почти для каждого в отношении меры Лебега .

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Цеков, Румен (2013). «Броуновские рынки». Подбородок. Phys. Lett . 30 (8): 088901. arXiv : 1010.2061 . Bibcode : 2013ChPhL..30h8901T . DOI : 10,1088 / 0256-307X / 30/8/088901 . S2CID  18675919 .
  2. ^ Karatzas, Иоаннис; Шрив, Стивен Э. (1991). Броуновское движение и стохастическое исчисление . Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 0-387-97655-8.

использованная литература

Карацас, Иоаннис; Шрив, Стивен Э. (1998). Методы математических финансов . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 0-387-94839-2.

Корн, Ральф; Корн, Эльке (2001). Ценообразование опционов и оптимизация портфеля: современные методы финансовой математики . Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество. ISBN 0-8218-2123-7.

Мертон, Р.К. (1 августа 1969 г.). «Пожизненный выбор портфеля в условиях неопределенности: случай непрерывного времени» (PDF) . Обзор экономики и статистики . 51 (3): 247–257. DOI : 10.2307 / 1926560 . ISSN  0034-6535 . JSTOR  1926560 . S2CID  8863885 . Архивировано из оригинального (PDF) 12 ноября 2019 года.

Мертон, Р.К. (1970). «Оптимальное потребление и правила портфеля в модели непрерывного времени». Журнал экономической теории . 3 (4): 373–413. DOI : 10.1016 / 0022-0531 (71) 90038-х . ЛВП : 1721,1 / 63980 .