4、基于选择性学习的隐含波动率定价研究

基于选择性学习的隐含波动率定价研究

在金融领域,机器学习定价是一种重要的方法,特别是在隐含波动率定价方面。本文将深入探讨机器学习定价评估、选择性学习方法、不同机器学习模型的应用,以及相关实验结果。

1. 机器学习定价评估

机器学习定价本质上是一个回归过程,其中隐含波动率是响应变量。我们使用均方误差(MSE)和预测误差来评估学习模型的性能。
- 预测误差(Err) :用于评估模型在单个数据点(期权)上的性能。计算公式为:
[Err = \vert IV^ - IV \vert]
其中,$IV$ 是真实的隐含波动率,$IV^
$ 是隐含波动率的预测值。
- 均方误差(MSE) :表示模型对 $n$ 个期权的平均性能。MSE 值越小,表明模型的性能越好。计算公式为:
[MSE = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} (IV_i - IV_i^*)^2]

2. 选择性学习

选择性学习假设我们在学习过程中有足够的训练数据和测试数据。它有三个基本输入:机器学习模型 $\theta$、训练数据 $X = {u_i, v_i} {i=1}^{N}$ 和测试数据 $X’ = {x_i, y_i} {i=1}^{n}$,其中 $u_i$ 和 $x_i$ 是训练和测试期权,$v_i$ 和 $y_i$ 是它们对应的隐含波动率,但测试数据中的隐含波动率假定为未知。

选择性学习与传统机器学习不同,它通过探测学习和最近邻搜索,消除训练数据和测试数据中的问题点和潜在问题点,旨在获得更

基于TROPOMI高光谱遥感仪器获取的大气成分观测资料,本研究聚焦于大气污染物一氧化氮(NO₂)的空间分布与浓度定量反演问题。NO₂作为影响空气质量的关键指标,其精确监测对环境保护与大气科学研究具有显著价值。当前,利用卫星遥感数据结合先进算法实现NO₂浓度的高精度反演已成为该领域的重要研究方向。 本研究构建了一套以深度学习为核心的技术框架,整合了来自TROPOMI仪器的光谱辐射信息、观测几何参数以及辅助气象数据,形成多维度特征数据集。该数据集充分融合了不同来源的观测信息,为深入解析大气中NO₂的时空变化规律提供了数据基础,有助于提升反演模型的准确性与环境预测的可靠性。 在模型架构方面,项目设计了一种多分支神经网络,用于分别处理光谱特征与气象特征等多模态数据。各分支通过独立学习提取代表性特征,并在深层网络中进行特征融合,从而综合利用不同数据的互补信息,显著提高了NO₂浓度反演的整体精度。这种多源信息融合策略有效增强了模型对复杂大气环境的表征能力。 研究过程涵盖了系统的数据处理流程。前期预处理包括辐射定标、噪声抑制及数据标准化等步骤,以保障输入特征的质量与一致性;后期处理则涉及模型输出的物理量转换与结果验证,确保反演结果符合实际大气浓度范围,提升数据的实用价值。 此外,本研究进一步对不同功能区域(如城市建成区、工业带、郊区及自然背景区)的NO₂浓度分布进行了对比分析,揭示了人类活动与污染物空间格局的关联性。相关结论可为区域环境规划、污染管控政策的制定提供科学依据,助力大气环境治理与公共健康保护。 综上所述,本研究通过融合TROPOMI高光谱数据与多模态特征深度学习技术,发展了一套高效、准确的大气NO₂浓度遥感反演方法,不仅提升了卫星大气监测的技术水平,也为环境管理与决策支持提供了重要的技术工具。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
<think>嗯,用户想用Python计算美式期权的隐含波动率,这个问题看起来有点挑战。首先,我得回忆一下隐含波动率是什么。隐含波动率是让期权市场价格等于理论价格的波动率,通常需要用到数值方法,比如牛顿迭代法或者二分法来求解。不过美式期权可以提前行权,所以定价模型和欧式期权不同,不能用BS公式,得用别的模型,比如BAW(Barone-Adesi和Whaley)近似模型。 那用户可能需要先有一个美式期权的定价模型。参考内容里提到引用[2]是关于美式期权BAW定价的Python实现,这可能是一个起点。然后,隐含波动率的计算需要反复调整波动率,直到模型价格与市场价格一致。这个过程需要用到优化算法,比如牛顿法,或者直接调用现成的库。 不过,用户提到他们之前用的库比如py_vollib可能不支持美式期权,因为py_vollib主要是给欧式期权的。所以可能需要自己实现BAW模型,然后再结合数值方法来找隐含波动率。引用[3]中有一个例子,虽然可能是欧式期权,但方法类似,可以借鉴。 首先,用户需要BAW模型的Python实现。然后,定义一个计算误差的函数,比如模型价格与市场价格的差,然后用数值方法最小化这个误差,找到对应的波动率。可能需要用scipy的优化函数,比如bisect或者newton。不过要注意美式期权的定价函数是否连续可导,否则可能需要用二分法更可靠。 另外,Vega值在计算中很重要,因为牛顿法需要用到导数。引用[4]提到Vega是价格对波动率的敏感度,但美式期权的Vega可能比较复杂,可能需要用数值微分来近似,比如中心差分法。或者,如果BAW模型有解析的Vega表达式,可以直接使用,否则还是用数值方法估计。 总结步骤大概是:1. 实现BAW定价模型;2. 定义误差函数;3. 使用数值优化方法求解隐含波动率。需要注意美式期权的提前行权特性,以及定价模型是否准确。此外,数值方法的收敛性和初始猜测也很重要,可能需要合理的波动率范围,比如0.1到1.5之间。 另外,用户可能需要安装一些库,比如numpy、scipy,或者参考引用里的代码结构。测试时可以用已知波动率生成理论价格,再反推隐含波动率看是否正确,以验证代码的准确性。</think>### 分步说明 1. **选择定价模型** 美式期权隐含波动率计算需要基于可提前行权的定价模型,推荐使用**BAW(Barone-Adsi-Whaley)近似模型**,这是美式期权定价的经典方法[^2]。其公式为: $$C(S) = \begin{cases} c_{\text{BS}}(S) + A_2 \left(\frac{S}{S^*}\right)^{q_2} & S < S^* \\ S - K & S \geq S^* \end{cases}$$ 其中$A_2$和$q_2$是与波动率相关的参数,$S^*$为提前行权临界价格。 2. **构建误差函数** 定义目标函数为模型价格与市场价格的绝对误差: $$f(\sigma) = |V_{\text{model}}(\sigma) - V_{\text{market}}|$$ 其中$\sigma$为隐含波动率变量。 3. **数值优化方法** 使用**二分法(Bisection)**或**牛顿迭代法(Newton-Raphson)**求解非线性方程。由于美式期权Vega计算复杂,建议优先选择不需要导数的二分法。 --- ### Python实现代码 ```python import numpy as np from scipy.stats import norm from scipy.optimize import bisect def baw_american_call(S, K, T, r, sigma, q=0): # BAW美式看涨期权定价公式实现 sigma_sq = sigma**2 d1 = (np.log(S/K) + (r - q + 0.5*sigma_sq)*T) / (sigma*np.sqrt(T)) d2 = d1 - sigma*np.sqrt(T) c_bs = S * np.exp(-q*T) * norm.cdf(d1) - K * np.exp(-r*T) * norm.cdf(d2) M = 2*r / sigma_sq N = 2*(r - q) / sigma_sq k = 1 - np.exp(-r*T) q2 = (1 - N + np.sqrt((N-1)**2 + 4*M/k)) / 2 S_star = K / (1 - 1/q2) A2 = (S_star/q2) * (1 - np.exp(-(r - q)*T)*norm.cdf(d1)) if S < S_star: return c_bs + A2 * (S/S_star)**q2 else: return S - K def implied_vol(S, K, T, r, market_price, q=0): # 二分法求解隐含波动率 def error(sigma): return baw_american_call(S, K, T, r, sigma, q) - market_price try: iv = bisect(error, 0.01, 1.5, xtol=1e-6) return iv except: return np.nan # 示例参数 S = 100 # 标的现价 K = 105 # 行权价 T = 0.5 # 到期时间(年) r = 0.03 # 无风险利率 market_price = 5.8 # 观察到的市场价格 iv = implied_vol(S, K, T, r, market_price) print(f"隐含波动率:{iv:.2%}") ``` --- ### 关键点说明 1. **BAW模型适用性** 该模型仅适用于无分红的美式看涨期权,若涉及分红或看跌期权需调整公式[^2] 2. **数值稳定性** - 初始搜索区间设为$[0.01,1.5]$覆盖常见波动率范围 - 添加`try-except`防止无解情况 3. **性能优化** 可改用布伦特方法(Brent's Method)提升收敛速度: ```python from scipy.optimize import brentq iv = brentq(error, 0.01, 1.5) ``` ---
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