——第章布莱克斯科尔斯期权定价模型PPT课件.ppt

1 2020 3 20 布莱克 斯科尔斯期权定价模型 2 2020 3 20 期权定价采用相对定价法利用基础产品价格与衍生产品价格之间的内在关系 直接根据基础产品价格求出衍生产品价格 因此要为期权定价首先必须研究证券价格的变化过程 目前 学术界普遍用随机过程来描述证券价格的变化过程 6 1证券价格的变化过程 3 2020 3 20 弱式效率市场假说与马尔可夫过程1965年 法玛 Fama 提出了著名的效率市场假说 该假说认为 投资者都力图利用可获得的信息获得更高的报酬 证券价格对新的市场信息的反应是迅速而准确的 证券价格能完全反应全部信息 市场竞争使证券价格从一个均衡水平过渡到另一个均衡水平 而与新信息相应的价格变动是相互独立的 一 弱式效率市场假说与马尔可夫过程 4 2020 3 20 效率市场假说可分为三类 弱式 半强式和强式 弱式效率市场假说认为 证券价格变动的历史不包含任何对预测证券价格未来变动有用的信息 也就是说不能通过技术分析获得超过平均收益率的收益 半强式效率市场假说认为 证券价格会迅速 准确地根据可获得的所有公开信息调整 因此以往的价格和成交量等技术面信息以及已公布的基本面信息都无助于挑选价格被高估或低估的证券 强式效率市场假说认为 不仅是已公布的信息 而且是可能获得的有关信息都已反映在股价中 因此任何信息 包括 内幕信息 对挑选证券都没有用处 发达国家的证券市场大体符合弱式效率市场假说 5 2020 3 20 弱式效率市场假说可用马尔可夫随机过程 MarkovStochasticProcess 来表述 随机过程是指某变量的值以某种不确定的方式随时间变化的过程 如果证券价格遵循马尔可夫过程 该过程具有 无后效性 其未来价格的概率分布只取决于该证券现在的价格 也就是 通过历史数据不能预测未来B S模型假设标的资产的价格服从几何布朗运动 它是一种特殊的马尔可夫过程 6 2020 3 20 二 布朗运动 根据有效市场理论 股价 利率和汇率具有随机游走性 该特性可以采用维纳过程 布朗运动 它是马尔科夫过程的一种 一 标准布朗运动对于随机变量w是标准布朗运动 必须具有两个条件 在某一小段时间 t内 它的变动 w与时段 t满足 7 2020 3 20 6 1 2 在两个不重叠的时段 t和 s wt和 ws是独立的 这个条件也是Markov过程的条件 即增量独立 6 2 8 2020 3 20 满足上述两个条件的随机过程 称为标准布朗运动 其性质有 当时段的长度放大到T时 从现在的0时刻到未来的T时刻 随机变量 wT的满足 9 2020 3 20 证明 10 2020 3 20 在连续时间下 t 0 由 6 1 和 6 2 得到 6 3 6 4 所以 概率分布的性质 以上得到的随机过程wt 称为维纳过程 11 2020 3 20 二 普通布朗运动 先引入两个概念 漂移率 DriftRate 是指 单位时间内变量z均值的变化值 方差率 VarianceRate 是指 单位时间的方差 标准布朗运动的漂移率为0 方差率为1 0 我们令漂移率的期望值为a 方差率的期望值为b2 就可得到变量xt的普通布朗运动 6 4 其中 a和b均为常数 dw遵循标准布朗运动 12 2020 3 20 从式 6 1 和 6 4 可知 在短时间后 x值的变化值为 因此 xt也具有正态分布特征 其均值为 标准差为 方差为 同样 在任意时间长度T后x值的变化也具有正态分布特征 其均值为aT 标准差为 方差为b2T 13 2020 3 20 一般维纳过程仍不足以代表随机变量复杂的变动特征 漂移率和方差率为常数不恰当 若把变量xt的漂移率a和方差率b当作变量x和时间t的函数 扩展后得到的即为ITO过程 三 伊藤过程 14 2020 3 20 B S期权定价模型是根据ITO过程的特例 几何布朗运动来代表股价的波动 省略下标t 变换后得到几何布朗运动方程 6 6 证券的预期回报与其价格无关 证券收益率单位时间的标准差 简称波动率 四 证券价格的变化过程 15 2020 3 20 伊藤引理 假设某随机变量x的变动过程可由ITO过程表示为 省略下标t 令f x t 为随机变量x以及时间t的函数 即f x t 可以代表以标的资产x的衍生证券的价格 则f x t 的变动过程可以表示为 6 7 五 伊藤引理 16 2020 3 20 证明 将 6 7 离散化 由 7 1 知 利用泰勒展开 忽略高阶项 f x t 可以展开为 6 8 17 2020 3 20 在连续时间下 即 因此 6 8 可以改写为 6 9 从而 18 2020 3 20 即 x2不呈现随机波动 6 10 19 2020 3 20 由 6 10 可得 6 11 由 6 11 得到 6 12 20 2020 3 20 由于 x2不呈现随机波动 所以 其期望值就收敛为真实值 即 当 t 0时 由 6 9 可得 21 2020 3 20 若股票价格服从几何布朗运动 设当前时刻为t 则T时刻股票价格满足对数正态分布 即 六 几何布朗运动与对数正态分布 22 2020 3 20 令 则 这样由伊藤引理得到 即 证 23 2020 3 20 由 7 1 对两端积分 24 2020 3 20 则称ST服从对数正态分布 其期望值为 25 2020 3 20 例6 2设A股票价格的当前值为50元 预期收益率为每年18 波动率为每年20 该股票价格遵循几何布朗运动 且该股票在6个月内不付红利 请问该股票6个月后的价格ST的概率分布 例6 3请问在例6 2中 A股票在6个月后股票价格的期望值和标准差等多少 26 2020 3 20 6 2B S期权定价模型 Black Scholes和Merton发现了看涨期权定价公式 Scholes和Merton也因此获得1997年的诺贝尔经济学奖模型基本假设9个无风险利率为常数 且对所有到期日均相同 在衍生证券有效期内标的证券没有现金收益支付 期权为欧式期权证券交易是连续的 价格变动也是连续的 27 2020 3 20 无交易费用 证券市场 期权市场 资金借贷市场投资者可以自由借贷资金 且二者利率相等 均为无风险利率不存在无风险套利机会允许卖空标的证券标的资产为证券 其价格S的变化为几何布朗运动 28 2020 3 20 B S模型证明思路 ITO引理 ITO过程 B S微分方程 B S买权定价公式 2020 3 20 29 6 2 1B S微分方程 假设标的资产价格变动过程满足 这里S为标的资产当前的价格 令f s t 代表衍生证券的价格 则f s t 的价格变动过程可由ITO引理近似为 2020 3 20 30 31 2020 3 20 考虑组合 份的标的资产多头 1个单位的衍生证券空头由于衍生证券价格和标的证券价格都受同一种不确定性 w 影响 若数量适当的话 标的证券多头盈利 或亏损 总是会与衍生证券空头的亏损 或盈利 相抵消 因此在短时间内该投资组合是无风险的 且 满足 则该组合的价值为 32 2020 3 20 下面将证明该组合为无风险组合 在 t时间区间内价值变化为 注意到此时 不含有随机项w 该组合是无风险的 设无风险收益率为r 且由于 t较小 不采用连续复利 则 整理得到 2020 3 20 33 B S微分方程的意义 衍生证券的价格f 只与当前的市价S 时间t 证券价格波动率 和无风险利率r有关 它们全都是客观变量 因此 无论投资者的风险偏好如何 都不会对f的值产生影响 在对衍生证券定价时 可以采用风险中性定价 即所有证券的预期收益率都等于无风险利率r 只要标的资产服从几何布朗运动 都可以采用B S微分方程求出价格f 2020 3 20 34 6 2 2B S买权定价公式 对于欧式不支付红利的股票期权 其看涨期权 买权 的在定价日t的定价公式为 N x 标准正态分布变量的累计概率分布函数 小于x的概率 6 21 2020 3 20 35 36 2020 3 20 例如 当d 1 96时 N d 97 5 1 设当前时刻为t 到期时刻T 若股票价格服从几何布朗运动 若已经当前时刻t的股票价格为St 则T时刻的股票价格的期望值为 B S买权定价公式推导 2020 3 20 37 比较上两式 得到 根据B S微分方程可知 定价是在风险中性条件下 则资产的期望回报为无风险回报 则 这表明 在风险中性的世界中 任何可交易的金融资产的回报率均为无风险利率 2020 3 20 38 2 在风险中性的条件下 任何资产的贴现率为无风险利率r 故买权期望值的现值为 2020 3 20 39 40 2020 3 20 B S模型的意义 N d2 在风险中性世界中ST大于X的概率 或者说是欧式看涨期权被执行的概率 Xe r T t N d2 X的风险中性期望值的现值 StN d1 e r T t ESTN d1 是ST的风险中性期望值的现值 41 2020 3 20 其次 是复制交易策略中股票的数量 StN d1 就是资产的市值 Xe r T t N d2 则是复制交易策略中负债的价值 假设St x 0 则两个N d 1 看涨期权肯定会被执行 此时看涨期权价值为St Xe r 与远期合约的价值相似 执行后 获得了以St为现价的股票的所有权 而承担了X的债务 期权的价值关于标的资产的价格及其方差 以及到期时间等5个变量的非线性函数Ct f St X r 的函数 42 2020 3 20 在标的资产无收益情况下 无收益资产美式看涨期权的价值C c 根据欧式看涨期权和看跌期权之间存在平价关系 可得无收益资产欧式看跌期权的定价公式 6 22 由于美式看跌期权与看涨期权之间不存在严密的平价关系 所以要用蒙特卡罗模拟 二叉树和有限差分三种数值方法以及解析近似方法求出 欧式看跌期权的价值 43 2020 3 20 6 2 3有收益资产的期权定价公式 一 有收益资产欧式期权的定价公式在收益已知情况下 把标的证券价格分解成两部分 期权有效期内已知现金收益的现值部分 无风险部分 一个有风险部分 当期权到期时 现值部分将由于标的资产支付现金收益而消失 因此 只要用S表示有风险部分的证券价格 表示风险部分遵循随机过程的波动率 直接套用公式 6 21 和 6 22 分别计算出有收益资产的欧式看涨期权和看跌期权的价值 从理论上说 风险部分的波动率并不完全等于整个证券价格的的波动率 有风险部分的波动率近似等于整个证券价格波动率乘以S S I 这里I是红利现值 为方便起见 假设两者相等 44 2020 3 20 当标的证券已知收益的现值为I时 只要用 S I 代替式 6 21 和 6 22 中的S即可求出固定收益证券欧式看涨和看跌期权的价格 当标的证券的收益为按连续复利计算的固定收益率q 单位为年 时 我们只要将代替式 6 21 和 6 22 中的S就可求出支付连续复利收益率证券的欧式看涨和看跌期权的价格 45 2020 3 20 对于欧式期货期权 其定价公式为 6 23 6 24 其中 46 2020 3 20 例6 4 假设当前英镑的即期汇率为 1 5000 美国的无风险连续复利年利率为7 英国的无风险连续复利年利率为10 英镑汇率遵循几何布朗运动 其波动率为10 求6个月期协议价格为 1 5000的英镑欧式看涨期权价格 3 05美分 47 2020 3 20 二 有收益资产美式期权的定价 1 美式看涨期权当标的资产有收益时 美式看涨期权就有提前执行的可能 用一种近似处理的方法 先确定提前执行美式看涨期权是否合理 若不合理 则按欧式期权处理 若在tn提前执行有可能是合理的 则分别计算在T时刻和tn时刻到期的欧式看涨期权的价格 然后将二者之中的较大者作为美式期权的价格 48 2020 3 20 例6 5 假设一种1年期的美式股票看涨期权 标的股票在5个月和11个月后各有一个除权日 每个除权日的红利期望值为1 0元 标的股票当前的市价为50元 期权协议价格为50元 标的股票波动率为每年30 无风险连续复利年利率为10 求该期权的价值 解 1 看该期权是否应提前执行 不能提前执行的条件是 由于D1 D2 1 0元 则对第一次除权日 有对第2次除权日 有 49 2020 3 20 2 比较1年期和11个月期欧式看涨期权价格 对于1年期欧式看涨期权来说 由于红利的现值为 S 50 1 8716 48 1284 代入式 6 23 得 N 0 3562 0 6392 N 0 0562 0 5224 50 2020 3 20 对于11个月期的欧式看涨期权来说 由于红利的现值为 S 49 0408元 由于c11 c12 因此该美式看涨期权价值近似为7 2824元 51 2020 3 20 2 美式看跌期权 由于收益虽然使美式看跌期权提前执行的可能性减小 但仍不排除提前执行的可能性 因此有收益美式看跌期权的价值仍不同于欧式看跌期权 它也只能通过较复杂的数值方法来求出 52 2020 3 20 第三节布莱克 舒尔斯期权定价公式的实证研究和应用 一 布莱克 舒尔斯期权定价公式实证研究布莱克 舒尔斯期权定价公式倾向于高估方差高的期权 低估方差低的期权 高估实值期权的价格 低估虚值期权的价格 53 2020 3 20 造成用布莱克 舒尔斯期权定价公式估计的期权价格与市场价格存在差异的原因主要有以下几个