偏微分方程有限差分定价

1 产品介绍

1.1 卖瓜故事

雪球和凤凰结构的产品是券商和信托公司最喜欢推广的产品,其结构错综复杂,名词繁多晦涩,但对其拨茧抽丝后,发现它们本质上就是多个障碍期权 (barrier option) 的合体。为了接地气,先看一个老王卖瓜的故事:

老王是个大瓜农,自己进了一堆瓜。瓜价现在是 1 块钱。

老王跟你说:你给我 100 块,我给你打个赌,在接下来一年里

  • 瓜价只要涨到 1 块 1,我给你 120 元,赌局立马结束 (敲出)
  • 瓜价要是跌到 7 毛,你只能拿回 70 块,赌局也是立马结束 (敲入)
  • 瓜价要是一直在 0.7~1.1 元间徘徊呢,只要你持有满一年,还是给你 120 元

你要不要跟老王赌?很显然,如果你认为

  • 瓜价能涨到 1 块 1,肯定赌啊,20% 收益爽歪歪
  • 瓜价涨不到 1 块 1,但也跌不到 7 毛,还是会赌,相当于年化 20% 收益

当然,瓜价真的跌到 7 毛,你就要亏 30% 了。事实上,只要你觉得瓜价跌不到 7 毛,参加这个赌局都对你有利。现在通货膨胀厉害,你觉得瓜价怎么着也不至于跌到 7 毛,你大概率赚钱啊,那老王不是要亏了?别忘了,老王是个瓜农啊。瓜价涨了,他西瓜卖的才开心,输给你的只是对冲一下啦。

1.2 交易证实

如果长期对某个标的看好,但短期又怕市场变化,可以用雪球结构锁定短期波动。以下标的为中证 500 指数的一个真实雪球结构产品的交易证实 (term sheet) 如下:

下节分析了雪球结构五种情景收益情况,只有一种情况会亏损,一种会保本,其他三种会获利。亏损的情景就是下图中的情景 5,运行期间标的跌破一定程度的保护,而且到期也没有涨回来。

该非保本雪球结构图如下:

若在敲出观察日触发敲出事件,产品自动提前终止并结算年化 20% 的高息票收益。

1.3 情景分析

根据上面雪球产品的条款,可粗分为三种情景细分为 5 种情景,先展示细分过程以及每种情景对应的收益或损失。

定义数学符号:

名称期初价格上界下界敲出收益(%)红利收益(%)标的价格到期价格
符号𝑆0𝐿ℎ𝐿𝑙𝑐1𝑐2𝑆𝑡𝑆𝑇

从定价的角度来讲,上图的五种情景可以合并成三种:
  • 情景一:合并情景 1 和 2

    到期日内观察日标的价格 𝑆𝑡St 超过了上界 𝐿ℎ,即发生敲出。这种情况下产品提前结束,收益率 = 𝑐1%×存续月数/12

  • 情景二:情景 3

    标的价格 𝑆𝑡St 一直在 [𝐿𝑙,𝐿ℎ]范围内,未发生触碰上下两条边界,收益率 = 2𝑐2%

  • 情景三:合并情景 4 和 5

    到期日内观察日标的价格 𝑆𝑡St 跌破了 𝐿𝑙,到期的时候又回到了期初价格 𝑆0之上,但是没有触碰 𝐿ℎ,那么投资者拿回自己的本金。

    到期日内观察日标的价格 𝑆𝑡St 跌破了 𝐿𝑙Ll,而且到期的时候还在期初价格 𝑆0 之下,但是没有触碰 𝐿ℎ,那就要承担本金亏损了。

    合并起来收益率可写成 收益率 = min((𝑆𝑇−𝑆0)/𝑆0,0)=−max((𝑆0−𝑆𝑇)/𝑆0,0)=(−1/𝑆0)max(𝑆0−𝑆𝑇,0)

1.4 产品复制

情景一、二、三符合 MECE (Mutually Exclusive Collectively Exhaustive) 原则,即相互独立,完全穷尽,分析如下:

情景一 - 敲出
情景二 - 没敲入没敲出
情景三 - 敲入没敲出

那么我们可以对每个情景下的支付进行定价,然后加总得到整个雪球产品的价格。

情景一:敲出

到期日内观察日标的价格 𝑆𝑡St 超过了上界 𝐿ℎ,即发生敲出。这种情况下产品提前结束,收益率 = 𝑐1%×存续月数/12

情景一下的支付可由一个变种的上涨生效触碰期权 (one-touch up, OTU) 来复制,障碍是离散的,而且当触碰每个障碍时获得的返还不一样,公式如下:

V_1=OUT(R=[\frac{c_1%}{12},\frac{2c_1%}{12},...,\frac{24c_1%}{12}])

其中 𝑐1是敲出票息。

情景二:没敲入没敲出

标的价格 𝑆𝑡St 一直在 [𝐿𝑙,𝐿ℎ] 范围内,未发生触碰上下两条边界,收益率 = 2𝑐2%

情景二下的支付就是一个双边失效触碰期权 (double no-touch, DNT-AW)

 
𝑉2=DNT(𝑅=2𝑐2%)

其中 𝑐2是红利票息。

情景三:敲入没敲出

情景三下的支付就是卖一个本金为 1𝑆01S0,行权价格为期初价格 𝐾=𝑆0K=S0 的看跌期权 (注意负号),收益率 = (−1/𝑆0)max(𝐾−𝑆𝑇,0)

情景三的支付可由一个上涨失效看跌障碍期权 (Up and Out Put, UOP) 和一个双边失效看跌障碍期权 (Double Knock-Out Put, DKOP) 来复制

 
𝑉3=(1/𝑆0)×[DKOP(𝐾=𝑆0,𝐿𝑢,𝐿𝑙)−UOP(𝐾=𝑆0,𝐿𝑢)]

其中 1/𝑆0 是 UOP 和 DKOP 的本金。

验证“情景三的支付”和“复制组合的支付”是否一致,先看 𝑉3V3 的支付情况:

  • 情景一:只要敲出 (不管是否敲入),支付为零
  • 情景二:既没敲入也没敲出,支付为零
  • 情景三:但只要敲入而且从未敲出时,到期日支付为 −(1/𝑆0)max(𝐾−𝑆𝑇,0)

再看 DKOP - UOP 的支付情况:

  • 情景一:只要敲出,UOP 和 DKOP 都敲出,两个支付都为零,因此总支付为零,吻合
  • 情景二:既没敲入也没敲出,UOP 和 DKOP 到期日的支付一样,两者相减总支付为零,吻合
  • 情景三:当价格触碰 DKOP 下边界但没有触碰上边界时,DKOP 敲出支付为零,UOP 保持看跌期权的支付 max(𝑆0−𝑆𝑇,0),带着本金两者相减总支付 −(1/𝑆0)max(𝑆0−𝑆𝑇,0),吻合

2 PDE

2.1 autocall payoff structure

2.2 DKOP

DKOP discrete

 DKOP 

2.3 DOT

discrete

dot

2.4 OTU

discrete

 otu

 2.5 UOP

discrete

uop

2.6 snowball

termsheet

scenario

payoff

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