Stochastické diferenciálne rovnice

:: Stochastické diferenciálne rovnice ::

cv3sdr.sce Stiahnite si [cv3sdr.sce] - súbor pre Scilab k tomuto cvičeniu.

:: Cvičenia (1) ::

  1. Definujte v Scilabe funkciu, ktorá vygeneruje vektor s realizáciou OU procesu so zadanou začitočnou hodnotou a zadanými parametrami procesu a časového delenia. Zakreslite niekoľko realizácií Orstein-Uhlenbeckovho procesu so zvolenými parametrami.. Všímajte si, ako závisí typický priebeh procesu od parametrov.

    Priraďte nasledujúce hodnoty parametrov k ich trajektóriám:
    • kapa = 20, theta = 1, sigma = 1
    • kapa = 3, theta = 1, sigma = 1
    • kapa = 20, theta = 3, sigma = 5
    • kapa = 20, theta = 3, sigma = 1
    obr

  2. Ornstein-Uhlenbeckov proces sa používa napríklad pri modelovaní úrokových mier. Vašíčkov model predpokladá, že okamžitá úroková miera (prakticky - pri analýze reálnych dát - úroková miera na krátky čas) sa riadi Ornstein-Uhlenbeckovym procesom.

    V článku Athanasios Episcopos: Further evidence on alternative continuous time models of the short-term interest rate. Journal of International Financial Markets, Institutions and Money 10 (2000) 199-212 autor odhadoval modely úrokových mier. Všeobecný model, ktorým sa zaoberal, je
    obr
    Špeciálnou voľbou niektorých parametrov dostávame konkrétne modely, jedným z nich je aj Vašíčkov model. Výsledky pre Nový Zéland (odhady parametrov pre mesačné dáta od apríla 1986 do apríla 1998 sú v nasledujúcej tabuľke:
    obr
    Zdroj: (Episcopos, 2000)

    • Proces je v inom tvare, ako sme definovali Ornstein-Uhlenbeckov proces. Vyjadrite ho pomocou parametrov kapa, theta, sigma. K akej hodnote sa dlhodobo približuje úroková miera?
    • Vygenerujte priebeh vývoja úrokovej miery na základe odhadnutých parametrov Vašíčkovho modelu. Zakreslite do jedného grafu niekoľko možných priebehov, štartujúcich z rovnakej začiatočnej hodnoty.

:: Itóova lema ::

ito Kijoši Itó (1915 - 2008), zakladateľ teórie stochastických diferenciálnych rovníc.

:: Cvičenia (2) ::

  1. Príklad z prednášky: Dopočítajte diferenciál d(B3) z výpočtu z obrázku, kde B je Wienerov proces.
    ito

  2. Vypočítajte diferenciály nasledovných funkcií:
    • x1(t)=ln y(t), kde dy(t)= 2y(t) dt + 3y(t) dw(t),
    • x2(t)=-2exp(-10 t + 2 w(t)).

  3. Uvažujme proces
    obr
    Na obrázku je niekoľko realizácií tohto procesu.
    obr
    Dokážte, že tento proces vyhovuje stochastickej diferenciálnej rovnici
    obr

  4. Porovnanie priebehu procesu a Euler-Marujamovej diskretizácie
    Uvažujme proces z predchádzajúceho cvičenia
    obr
    a stochastickú diferenciálnu rovnicu
    obr
    ktorú spĺňa.

    Pomocou toho istého Wienerovho procesu vygenerujte trajektóriu tohto procesu a Euler-Marujamovej diskretizácie stochastickej difrenciálnej rovnice. Doplňte chýbajúce časti kódu podľa uvedenej osnovy:
    T=5;      // casovy interval [0,T]  
    dt=0.001; // casovy krok
    
    // vektor casov
    
    t=...
    
    
    // SPOLOCNY Wienerov proces w 
    w=...
    
    // x = proces 
    x=...
    
    // xD = diskretizacia SDR 
    xD(1)=..
    for ...
      xD(i+1)=...
    end;
    
    plot(t,x);
    plot(t,xD,'r');
    

    Ukážka pre časový krok dt=0.05:
    obr
    Ukážka pre časový krok dt=0.01
    obr
    Zoom z predchádzajúceho grafu:
    obr

:: Ďalšie príklady na precvičenie ::

  1. Uvažujme stochastickú diferenciálnu rovnicu
    cv
    • Ukážte, že funkcia
      cv
      je jej riešením.
    • Nájdite ďalšie riešenie tejto rovnice v prípade, že x(0)=0.

  2. Ukážte, že proces cv kde cv je daná konštanta, vyhovuje stochastickej diferenciálnej rovnici
    cv
    ktorá má byť splnená pre časy t vyhovujúce nerovnosti
    cv
    Kde ste pri dôkaze využili toto ohraničenie na čas t?

    Ukážka priebehu procesu a intervalu jeho existencie pre a=1/2:
    obr

  3. Nájdite riešenie stochastickej diferenciálnej rovnice
    cv
    Návod: Je to špeciálny prípad geometrického Brownovho pohybu.

  4. Použitím substitúcie
    cv
    nájdite riešenie stochastickej diferenciálnej rovnice
    cv

  5. Banka modeluje výmenný kurz USD/EUR, označme ho C, geometrickým Brownovym pohybom. Všimnime si, že potom 1/C je výmenný kurz EUR/USD.

    Pobočka banky v eurozóne potrebuje pre svoje výpočty očakávanú hodnotu výmenného kurzu USD/EUR o rok. Použitím modelu banky dostane výsledok, že je to a USD za 1 EUR. Pobočka v USA zasa pre očakávanú hodnotu výmenného kurzu EUR/USD dostane b EUR za 1 USD. Dokážte, že súčin ab je väčší ako 1.


Cvičenia z finančných derivátov, 2014
Beáta Stehlíková, FMFI UK Bratislava


E-mail: stehlikova@pc2.iam.fmph.uniba.sk
Web: http://pc2.iam.fmph.uniba.sk/institute/stehlikova/