两种对于远期利率的处理方法

金融工程学(三):远期和期货的定价 本文主要介绍了远期价格与期货价格以及远期合约定价等内容 阅读详情

我们需要计算基金标准化现金数据的远期利率(forward rate),远期利率 $ f_{t,t+1} $ 可以从连续复利公式和简单利率推导,基于现金值(即基金的净值)在不同时间点的变化。

问题分析

数据描述

  • 训练数据集:包含 1000 条模拟序列,每条序列从 2000 年开始,记录每年标准化现金值(净值)。
  • 验证数据集:包含 1 条序列,标记号为 1001,同样从 2000 年开始,记录标准化现金值。
  • 现金值示例:2000 年为 1,2001 年为 1.4,2002 年为 1.7,2003 年为 1.2,等等。
  • 假设数据为离散的年度数据,现金值反映了基金在每年的累计增长。

远期利率定义

  • 远期利率 ft,t+1f_{t,t+1}ft,t+1​ 是从时间 ttt 到 t+1t+1t+1 的单期利率,满足复利关系。
  • 对于给定的现金值 PtP_tPt​(时间 ttt 的净值)和 Pt+1P_{t+1}Pt+1​(时间 t+1t+1t+1 的净值),远期利率可以通过以下公式计算:
    Pt+1=Pt⋅eft,t+1 P_{t+1} = P_t \cdot e^{f_{t,t+1}} Pt+1​=Pt​⋅eft,t+1​
    因此:
    ft,t+1=ln⁡(Pt+1Pt) f_{t,t+1} = \ln\left(\frac{P_{t+1}}{P_t}\right) ft,t+1​=ln(Pt​Pt+1​​)
  • 如果使用简单利率,则公式为:
    ft,t+1=Pt+1Pt−1 f_{t,t+1} = \frac{P_{t+1}}{P_t} - 1 ft,t+1​=Pt​Pt+1​​−1
    但由于基金数据通常基于连续复利模型,我们优先使用对数公式(连续复利)。

任务目标

  • 对训练数据集的 1000 条序列和验证数据集的 1 条序列,计算每条序列在每个年度之间的远期利率。
  • 假设数据以 Pandas DataFrame 格式存储,列为年份,行为序列编号(1 到 1000 为训练集,1001 为验证集)。

复合利率来计算远期利率

import pandas as pd
import numpy as np

# 假设数据存储在 CSV 文件中,格式如下:
# 行索引为序列编号 (1 到 1001),列为年份 (2000, 2001, ...)
# 示例:
#       2000  2001  2002  2003
# 1     1.0   1.4   1.7   1.2
# 2     1.0   1.3   1.5   1.1
# ...
# 1001  1.0   1.5   1.8   1.4

# 加载训练和验证数据集(可根据实际文件路径修改)
train_data = pd.read_csv('train_data.csv', index_col=0)  # 训练数据集
valid_data = pd.read_csv('valid_data.csv', index_col=0)  # 验证数据集

# 合并数据集
data = pd.concat([train_data, valid_data])

# 获取年份(列名,假设为整数年份)
years = data.columns.astype(int)
n_years = len(years)

# 初始化远期利率 DataFrame
forward_rates = pd.DataFrame(index=data.index)

# 计算每条序列的远期利率
for i in range(n_years - 1):
    t = years[i]
    t_next = years[i + 1]
    # 计算 P_{t+1} / P_t
    ratio = data[t_next] / data[t]
    # 计算远期利率 f_{t,t+1} = ln(P_{t+1} / P_t)
    forward_rate = np.log(ratio)
    # 存储结果,列名为时间区间(如 "2000-2001")
    forward_rates[f"{t}-{t_next}"] = forward_rate

# 处理可能的无效值(例如,除以零或负值导致的 NaN)
forward_rates = forward_rates.replace([np.inf, -np.inf], np.nan)

# 输出结果
print("远期利率 DataFrame:")
print(forward_rates)

# 可选:保存结果到 CSV 文件
forward_rates.to_csv('forward_rates.csv')

注意事项

  1. 数据格式:

    • 确保输入数据的列名是年份(整数或字符串均可),行索引是序列编号。
    • 如果年份列名不是整数,需在代码中相应调整(例如,转换为字符串处理)。
  2. 假设:

    • 代码假设现金值均为正值。如果数据中存在零或负值,可能需要额外的预处理(例如,过滤无效序列)。
    • 假设数据按年度排列,且年份连续。如果年份不连续,需调整代码以匹配实际年份。
  3. 异常处理:

    • 如果某些序列的现金值出现零、负值或异常,会导致比率计算出现 inf 或 NaN,代码通过 replace 方法将无穷大值替换为 NaN。

简单利率来计算远期利率

import pandas as pd
import numpy as np

# 加载训练和验证数据集(假设为 CSV 文件,可根据实际路径修改)
train_data = pd.read_csv('train_data.csv', index_col=0)  # 训练数据集
valid_data = pd.read_csv('valid_data.csv', index_col=0)  # 验证数据集

# 合并数据集
data = pd.concat([train_data, valid_data])

# 获取年份(列名,假设为整数年份)
years = data.columns.astype(int)
n_years = len(years)

# 初始化远期利率 DataFrame
forward_rates = pd.DataFrame(index=data.index)

# 计算每条序列的远期利率(简单利率)
for i in range(n_years - 1):
    t = years[i]
    t_next = years[i + 1]
    # 计算 P_{t+1} / P_t - 1
    forward_rate = (data[t_next] / data[t]) - 1
    # 存储结果,列名为时间区间(如 "2000-2001")
    forward_rates[f"{t}-{t_next}"] = forward_rate

# 处理可能的无效值(例如,除以零导致的 NaN)
forward_rates = forward_rates.replace([np.inf, -np.inf], np.nan)

# 输出结果
print("远期利率 DataFrame(简单利率):")
print(forward_rates)

# 可选:保存结果到 CSV 文件
forward_rates.to_csv('forward_rates_simple.csv')
期货和远期价格(期货和远期价格的定价结果的无套利证明) 2.期货是现在进行买卖,在将来进行交收或交割的标的物,这个标的物可以是某种商品例如黄金、塌咐慎原油、农产品,也可以是金融工具,还可以是金融指标。期货是每日结算,如果今天价格上升赚了500,就可以在收盘后得到那500块,并且可以再投资进去,而远期合约知是名义上的得到那笔钱,却没到手(因为要到期才交割),所以就损失了那500块钱带来的利润。一般来说合同的远期价格会根据当时的期货价格来商定,这只是在商定时的期货价格,而在远期合同签订后,远期价格也就定了下来,但期货价格仍然会变化最后收敛于现货价格。 阅读详情

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