THÔNG TIN TÀI LIỆU
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ HƯƠNG SẮC ƯỚC LƯỢNG CHO MƠ HÌNH ĐỘ BIẾN ĐỘNG NGẪU NHIÊN CĨ BƯỚC NHẢY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội-2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ HƯƠNG SẮC ƯỚC LƯỢNG CHO MÔ HÌNH ĐỘ BIẾN ĐỘNG NGẪU NHIÊN CĨ BƯỚC NHẢY Chun ngành: Lý thuyết xác suất thống kê Toán học Mã số: 60 46 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊNH Hà Nội-2013 Mục lục Giới thiệu Kiến thức chuẩn bị 1.1 Các trình ngẫu nhiên tốn tài 1.2 Một số trình ngẫu nhiên 1.2.1 Quá trình Markov 1.2.2 Martingale 10 1.3 Các hàm đặc trưng tham số đặc trưng 10 1.3.1 Các hàm đặc trưng 10 1.3.2 Các tham số đặc trưng 12 1.4 Chuyển động Brown 14 1.4.1 Phân bố chuẩn 14 1.4.2 Chuyển động Brown 15 1.5 Tích phân ngẫu nhiên (tích phân Itơ) 18 1.5.1 Bổ đề Itô 18 1.5.2 Chuyển động Brown hình học .19 Chương .22 Mơ hình Black – Scholes hạn chế 22 2.1 Mô hình Black – Scholes 22 2.2 Các hạn chế mô hình Black – Scholes 23 2.2.1 Độ biến động nụ cười 23 2.2.2 Tính không đầy đủ thị trường 24 Chương .26 Mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy 26 3.1 Các mơ hình độ biến động ngẫu nhiên 26 3.2 Các trình bước nhảy .28 3.3 Mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy 32 3.3.1 Các khuếch tán bước nhảy log chuẩn 32 3.2.2 Các khuếch tán bước nhảy với độ biến động ngẫu nhiên 33 3.2.3 Các khuếch tán bước nhảy với độ biến động ngẫu nhiên cường độ nhảy 33 Chương .34 Ước lượng cho mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy 34 4.1 Chuyển động hình học Brown 34 4.2 Chuyển động hình học Brown cộng thêm bước nhảy 40 4.3 Mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy 43 Kết luận 59 Tài liệu tham khảo 60 Phụ lục 62 Giới thiệu Từ Black Scholes công bố báo họ định giá quyền chọn vào năm 1973, trở thành phát kiến bùng nổ lý thuyết thực nghiệm vấn đề tài Tuy nhiên, qua ba mươi năm trở lại đây, số lượng lớn mơ hình khác đưa để thay cho tiếp cận cổ điển Black – Scholes, cách tiếp cận mà ta phải giả định cổ phiếu có phân bố log – chuẩn với độ biến động khơng đổi ngày thể nhiều thiếu sót thực tiễn Do đó, mở rộng để hiệu chỉnh mơ hình Black – Scholes độ biến động ngẫu nhiên mơ hình có bước nhảy cần thiết Luận văn “Ước lượng cho mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy” trình bày việc điều chỉnh mơ hình Black – Scholes thành mơ hình ước lượng tham số xác hơn, gồm chương: Chương 1: Trình bày kiến thức quan trọng trình ngẫu nhiên, chuyển động Brown Chương 2: Trình bày mơ hình Black – Scholes hạn chế, từ cần thiết phải đưa mơ hình độ biến động ngẫu nhiên độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy trình bày chương Chương 4: Ước lượng cho mơ hình GBM, GBM có thêm bước nhảy mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy so sánh kết bảng ước lượng tham số qua hai ví dụ thực nghiệm Hồn thành luận văn trên, trước tiên tơi muốn bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Thịnh, người tận tình hướng dẫn, bảo tơi suốt q trình tơi thực luận văn Tơi muốn gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Tốn – Cơ tin học, Phịng Đào tạo, Phịng Sau đại học trường ĐHKHTN – ĐHQGHN thầy từ Viện Tốn học giảng dạy hết lịng bảo tơi thời gian đào tạo trường Luận văn tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận hướng dẫn, bảo thầy cô, hợp tác bạn để tơi hồn thiện Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2013 Học viên Vũ Thị Hương Sắc Chương Kiến thức chuẩn bị 1.1 Các q trình ngẫu nhiên tốn tài Định nghĩa 1.1 (Đại số) Cho tập không rỗng cho F bao gồm tập Ta nói F đại số thỏa mãn: (i) F F , (ii) A F Ac \ A F , (iii) A, B F A B F Định nghĩa ( - đại số) Một đại số F tập gọi o - đại số với dãy An n F , ta có A n F n1 Mỗi cặp , F gọi không gian đo Do đó, - đại số sinh tập tất tập mở gọi đại số Borel: B E Định nghĩa 1.3 (Xác suất) Cho tập không rỗng, cho F - đại số tập Một độ đo xác suất hàm số cho tập AF xác định số đoạn [0,1]được gọi xác suất A viết A Trong tính chất sau phải thỏa mãn: (i) , (ii) (tính cộng tính đếm được) với A1, A2 , dãy tập rời F An An n1 n1 (1.1) , F, gọi không gian xác suất Một không gian xác suất đầy đủ với B AF cho ta có B F A 0 , T r o n g t ì n h h u ố n g k h i m t h i g i a n b i ế n đ ổ i , nhiều thông tin tiếp nhận hơn, ta phải thêm thành phần phụ thuộc thời gian vào không gian xác suất , F, Định nghĩa 1.4 (Lọc) Một lọc (hay dịng thơng tin) , F, họ tăng - đại số Ft : t[ 0,T Fs Ft FT F với s t T Ft biểu diễn thơng tin nhận thời gian biểu diễn dịng t[ 0,T t, lọc Ft thông tin diễn tiến theo thời gian Một không gian xác suất , F, suất lọc ,F, , F t t[0,T ] trang bị lọc gọi không gian xác Định nghĩa 1.5 (Các điều kiện thơng thường) Ta nói không gian xác suất lọc ,F, ,Ft t[0,T ] thỏa mãn “điều kiện thông thường” nếu: (i) (ii) F - đầy đủ F0 chứa tất tập - không Nghĩa ta biết biến cố biến cố không (iii) Ft t[ 0,T ] liên tục phải, tức Ft Ft st Fs Định nghĩa 1.6 (Các trình ngẫu nhiên)Một trình ngẫu nhiên X t t[ 0,T ] họ biến ngẫu nhiên đặt số theo thời gian, xác định không gian xác suất lọc ,F, ,Ft t[0,T ] Tham số thời gian t rời rạc liên tục Với biễn ngẫu nhiên w , quỹ đạo X w : t X t w xác định hàm số thời gian gọi quỹ đạo mẫu trình Do q trình ngẫu nhiên hiểu hàm số ngẫu nhiên Định nghĩa 1.7 (Các q trình tương thích) Một q trình ngẫu nhiên X t t[ 0,T ] gọi F - tương thích (hay khơng đốn trước theo cấu trúc t thông tin Ft t[ 0,T ) với t [0,T] , giá trị X xác định thời t gian t: biến ngẫu nhiên Xt Ft - đo Định nghĩa 1.8 (Thời gian dừng) Một thời gian ngẫu nhiên biến ngẫu nhiên dương T biểu diễn thời gian mà biến cố xảy Nếu cho trước dịng thơng tin Ft ta xác định liệu biến cố có xảy t hay khơng t , thời gian ngẫu nhiên gọi thời gian dừng (hay thời gian ngẫu nhiên khơng đốn trước) Nói cách khác, thời gian ngẫu nhiên khơng đốn trước ( Ft - thời gian dừng) t 0, t Ft 1.2 Một số trình ngẫu nhiên 1.2.1 Quá trình Markov Một trình Markov dạng trình ngẫu nhiên giá trị biến thích hợp để dự đốn tương lai Q khứ biến cách thức mà xuất từ khứ không liên quan (nôm na khứ hợp giá trị tại) Định nghĩa 1.9 (quá trình Markov) Cho , F, cho T số dương xác định, cho Ft tương thích X t t[ 0,T không gian xác suất, lọc Xét trình Nếu với hàm Borel – đo t[ 0,T f : E f X t | Fs E f X t | X s (1.2) Giả sử N T toán tiếp sau số biến ngẫu nhiên sử dụng tính Chọn: (i) giá trị ban đầu vector tham số mơ hình, (ii) I0 ma trận có trọng tùy ý Chặng Sử dụng biến ngẫu nhiên để ước lượng kết Tìm giá làm cho giá trị hàm mục tiêu nhỏ trị i Lặp lại giá trị kết gần khơng có thể, tức tiêu chuẩn hội tụ Điều đưa ước lượng tham số vững Ước lượng ma trận có trọng tối ưu Sử dụng ước lượng tham số vững để ước lượng ma trận có trọng tối ưu I ˆ Chặng thứ hai Sử dụng biến ngẫu nhiên ước lượng vững để ước lượng kết Tìm làm giá trị hàm mục tiêu nhỏ giá trị với ma trận i có trọng tối ưu nhỏ Lặp lại giá trị kết gần khơng có thể, tức tiêu chuẩn hội tụ Điều đưa ước lượng tham số tối ưu ˆ Các kết ước lượng số liệu tỷ giá đồng Krone Nauy với đồng Bảng Anh từ tháng năm 1990 đến tháng năm 1998 (Số liệu lấy từ http://www.norgesbank.no/en/price-stability/exchange-rates/) Phân tích số liệu Stata, ta bảng tóm tắt đặc trưng dãy tỷ sau (các biểu đồ bảng 4.3 xem phụ lục Stata Code) Bảng 4.5 Mô tả số liệu mẫu Obs Mean Std Dev Variance Skewness Kurtosis 2183 10.9547 7595726 5769505 3088797 2.549906 14 13 rate 11 10 500 1000 t 1500 2000 Hình 4.5 Biểu đồ chuỗi thời gian tỷ giá NOK/GBP 1990-1998 Kernel density estimate 15 D en sit y 05 -50 r Kernel density estimate Normal density 50 kernel = epanechnikov, bandwidth = 0.6460 Hình 4.6 Biểu đồ hàm mật độ lợi suất NOK/GBP so với chuẩn 50 r0 50 500 1000 t Hình 4.7 Biểu đồ loga lợi suất NOK/GBP 1500 2000 30 Au20 to co rre0 lat 10 io ns of r2 00 10 10 Bartlett's formula for MA(q) 95% confidence bands 20 Lag 30 40 Hình 4.6 Các tự tương quan Tự tương quan bình phương lợi suất – độ tin cậy 95% 05 Autocorrelat ions of r 0.00 05 10 Bartlett's formula for MA(q) 95% confidence bands 20 Lag 30 Tự tương quan lợi suất – độ tin cậy 95% 40 Phần trình bày kết ước lượng đưa Roger Craine, Lars A.Lochstoer Knut Syrtveit (Jan-2000).[17] Họ ước lượng q trình biến động ngẫu nhiên có bước nhảy cho lợi suất, giả sử sử dụng chuỗi mô có độ dài 2183 – 2183 quan sát, sử dụng hệ số Thủ tục ước lượng địi hỏi nhiều tính tốn máy tính Việc ước lượng phần biến động ngẫu nhiên thơ thủ tục ước lượng dẫn đến ước lượng giống ước lượng giá trị bắt đầu khác Ước lượng trung bình vững giá trị ban đầu khác Các tham số nhảy J , J , thường xuyên hội tụ đến giá trị khác giá trị bắt đầu khác Các bước nhảy xuất khơng thường xun khó nhận biết Sự lựa chọn giá trị bắt đầu cho tham số nhảy dựa tính chất định tính số lượng kích cỡ bước nhảy kích cỡ hàm chi phí Việc ước lượng q trình cần giá trị bắt đầu tốt để bảo đảm hội tụ đến cực tiểu toàn cục Chúng ta biểu diễn số ước lượng với giá trị ban đầu khác để tìm cực tiểu toàn cục Các kết ước lượng tổng hợp bảng 4.6 Bảng 4.6 Ước lượng tham số moment không điều kiện Mean Variance Skewness Kurtosis Estimate 0402 4.8633 8178 13.8507 Std.Err 0472 1041 0175 2967 Ước lượng tham số trình GBM B o Estimate 0402 2.2047 Std.Err 0472 0334 B Skewness Kurtosis Ước lượng tham số q trình GBM có bước nhảy estimate B o 0702 1.2747 B J o -.0897 2.9815 J 3354 Ước lượng tham số q trình biến động ngẫu nhiên có bước nhảy T=2180,N=20 A b C estimate 0333 0377 2635 0680 J -.5805 J 8.3802 0098 Ta so sánh với kết ước lượng: Các moment Bốn moment khơng điều kiện q trình biến động ngẫu nhiên có bước nhảy SVJD tính tốn từ tham số mơ hình ước lượng so sánh với moment mẫu Trung bình q trình biến động ngẫu nhiên có bước nhảy J 0.062 lớn trung bình mẫu 0.04, nằm hoàn toàn hai khoảng tin cậy độ lệch chuẩn Variance không điều kiện variance ngẫu nhiên kỳ vọng cộng thêm phần đóng góp bước nhảy o Eh2 (J J ) Trung bình xác định trở lại biến động ngẫu nhiên phương trình 4.3.1 suy log h2 có phân bố chuẩn, ln ln h2 N ( h , c2 ) 2b Do giá trị kỳ vọng variance ngẫu nhiên Eh2 ln h 2 c 3.98 4b Và variance q trình biến động ngẫu nhiên có bước nhảy SVJD o 4.66 nằm hai đầu khoảng tin cậy độ lệch chuẩn variance khơng điều kiện mẫu, 4.86 Độ lệch tính từ mơ hình biến động ngẫu nhiên có bước nhảy SVJD Skewness = -0.12, không thật gần với độ lệch mẫu 0.82 Mơ hình SVJD sinh 90% kurtosis mẫu, kurtosis = 9.72, Nhưng, cịn hai đầu khoảng tin cậy độ lệch chuẩn ước lượng không điều kiện bảng 4.5 Bảng 4.7 So sánh ước lượng tham số moment không điều kiện, GBM, GBM cộng thêm bước nhảy độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy Mean Variance Unconditional 0402 Skewness Kurtosis 4.8633 8178 13.8507 moment GBM 0402 2.2047 GBM +Jump 04011462 4.6036468 -.0811 6.75 Stochastic 062 4.66 -0.12 9.72 Volatility + Jump Kiểm định Gallant Tauchen (1996) Gourieroux, Monfort, Renault (1993) giả thiết không (vô hiệu –null) mô hình xác định giá trị cân hàm mục tiêu N T min [ T s1 t 1 s ˆ l ( y t ( ); 1 T s ˆ N T )]'I [ s1 t 1 l ( y t ( ); T )] (4.11) phân bố cách tiệm cận 2( p q) Ở q=dim( ) số tham số mơ hình bổ trợ, p=dim( ) số tham số mô hình Mơ hình SVJD khơng bị bác bỏ mức tin cậy chuẩn sử dụng kiểm định bình phương Giá trị cực tiểu cân chi phí là 13.71 Mơ hình bổ trợ có 17 tham số mơ hình SVJD có tham số, bỏ 10 bậc tự Giá trị P cho cdf, (13.7,10) 0.81, hầu hết hai mươi phần trăm thời gian lợi suất xuất ngẫu nhiên Kết luận Số liệu lợi suất tài tần số cao biểu diễn bước nhảy ngầm ẩn, tính tụ biến động, độ lệch độ nhọn Ta cần phải tìm mơ hình tham số hóa nhằm mục đích nắm bắt đặc tính thiết yếu liệu Các kết luận văn là: (1) Đưa xác định nắm bắt đặc tính có bước nhảy độ biến động ngẫu nhiên (2) Chỉ xác định mà cho phép bước nhảy biểu diễn không tốt liệu Và (3) ước lượng xác hợp lý tham số phân bố bước nhảy yêu cầu mẫu lớn Luận văn trình bày kỹ thuật ước lượng sử dụng kỹ thuật ước lượng dựa mơ (Monte Carlo) để ước lượng mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy tỷ giá NOK/GBP Ước lượng dựa mô kỹ thuật ước lượng tương đối mới, mềm dẻo tổng quan, nặng nề tính tốn Ta ước lượng chuyển động Brown hình học chuyển động Brown hình học cộng thêm bước nhảy Poisson phương pháp ước lượng hợp lý cực đại (VND/USD NOK/GBP) Luận văn phân tích kết cách giải thích mơ hình phù hợp với bốn moment không điều kiện liệu phân tích kỹ thuật Monte Carlo thực nghiệm Xác định GBM phân phối chuẩn iid, khơng có độ lệch độ nhọn GBM cộng thêm bước nhảy có phân phối iid lệch nhọn Các phân phối iid khơng phù hợp với đặc tính tụ biến động Mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy thỏa mãn tốt đặc tính liệu mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy cải tiến tốt để thực hành Tài liệu tham khảo Nguyễn Quang Dong, Nguyễn Thị Minh, Giáo trình kinh tế lượng, Nxb ĐHKTQD, 2012 Đào Hữu Hồ, Nguyễn Văn Hữu, Hồng Hữu Như: Thống kê tốn học, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004 Trần Trọng Ngun: Giáo trình “Cơ sở tốn tài chính”, ĐHKTQD Trần Hùng Thao: Nhập mơn Tốn học tài chính, Nxb Khoa học Kỹ thuật, 2004 Nguyễn Duy Tiến: Các mơ hình xác suất ứng dụng, Nxb ĐHQGHN, 2005 Bjorn Eraker, Michael Johannes, Nicholas Polson, The impact of jumps in volatility and returns, The Jornal of Finance, Vol LVIII, No.3, June 2003 Christopher F Baum, ARCH and MGARCH models, EC 823: Applied Econometrics, Boston College, Spring 2013 Clayton Scott, Robert Nowak, Maximum likelihood estimation, The conexions Project and licensed under the Creative commons Atribution License, 2004 David M Drukker, Generalized method of moments (GMM) estimation in Stata 11, Encuentro de Usarios de Stata en M´exico 2010 10 Davide Raggi, Silvano Bordignon, Sequential Monte Carlo Methods for Stochastic V olatility Models with Jumps, Financial support from the MIUR under grant PRIN 2005 Prot N 2005132539 and Prot N 2002135473, 2006 11 Dr Keshab Bhattarai, Generalised Method of Moments, Business School, University of Hull, HU6 7RX, Hull, UK, 2010 12 Glenn W Harrison, Maximum Likelihood Estimation of Functions Using Stata, Working Paper 06-12, Department of Utility Economics, College of Business Administration, University of Central Florida, 2006 13 Kim Hartelius Henriksen, Volatility prediction and out-of-sample tests for Emerging Markets, Copenhagen Business School, 2011 14 Marco R Steenbergen, Maximum Likelihood Programming in Stata, University of North Carolina, Chapel Hill, August 2003 15 Mark B Garman and Michael J Klass, On the Estimation of Security Price Volatility from Historical Data, University of California, Berkeley 16 Michael Johannes, Nicholas Polson, Jonathan Stroud, Sequential Parameter Estimation in Stochastic Volatility Models with Jumps, 2006 17 Roelf Skypkens, Risk properties and parameters estimation on mean and reversion on mean reversion and GARCH model,University of South Africa, 2010 18 Roger Craine, Lars A Lochstoer, Knut Syrtveit, Estimation of a Stochastic-Volatility Jump-Diffusion Model, University of California at Berkeley, 2000 19 Yacine Aăt-Sahalia, Robert Kimmel, Maximum likelihood estimation of stochastic volatility models, Journal of Financial Economics 83 (2007) 413–452 20 Yi-Yu Liang, Demand Modeling withthe Geometric Brownian Motion Process, Technical Report NTU-IE-Chou-2003-T001 21 http://www.norges-bank.no/en/price-stability/exchange-rates/ 22 http://www.bankofcanada.ca/rates/exchange/10-year-converter/ 23 http://en.wikipedia.org/wiki/Stochastic_volatility Phụ lục Stata Code VND/USD use "C:\Users\Windows 7\Desktop\VND-USD.dta", clear gen t=_n tsset t gen l=ln(S) gen r=D.l replace r=r*1000 sum r, detail (*Các biểu đồ*) line S t line r t kdensity r,norm gen r2=r^2 ac r ac r2 arch r, arch(1) garch(1) (*VND/USD MLE*) gen Q=10 program define vnus args lnf theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 temvar q quietly gen double q=rn(Q) quietly replace `lnf'=ln(rpoisson(`theta5')).5*ln(2*_pi)+ln(`theta2'^2+exp(q*`th > eta4'^2)-.5* (($ML_y1-`theta1'-q*`theta3')^2)/(`theta2'^2+q*`theta4'^2)) end ml model lf vnus (reg: r=) ml max (*NOK/GBP analysis*) use "C:\Users\Windows 7\Desktop\NOK GBP.dta", clear gen t=_n tsset t gen l=ln(S) gen r=D.l replace r=r*1000 sum r, detail (*Các biểu đồ*) line S t line r t kdensity r,norm gen r2=r^2 ac r ac r2 ... đưa mơ hình độ biến động ngẫu nhiên độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy trình bày chương Chương 4: Ước lượng cho mô hình GBM, GBM có thêm bước nhảy mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy. .. mơ hình Black – Scholes độ biến động ngẫu nhiên mơ hình có bước nhảy cần thiết Luận văn ? ?Ước lượng cho mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy? ?? trình bày việc điều chỉnh mơ hình Black – Scholes... khuếch tán bước nhảy với độ biến động ngẫu nhiên cường độ nhảy 33 Chương .34 Ước lượng cho mơ hình độ biến động ngẫu nhiên có bước nhảy 34 4.1 Chuyển động hình học Brown
Ngày đăng: 24/12/2021, 21:21
Xem thêm: