接上文:从简单过程到伊藤积分
有了伊藤公式,接下来,我将以数学er的视角,暴力地推导出BS公式。
基本假设:市场无套利,无风险利率,股价服从几何布朗运动,波动率为常数
。
注意到在无套利假定下股票的期望收益率刚好为,跟无风险收益率是一样的。
这时候股价服从SDE:
,
是标准布朗运动。
设是敲定价为
的欧式看涨(或者看跌)期权的价格,简记为
,这是一个连续时间的随机过程,它与随机过程
是相关的。
给定时间,期权价格
的分布可能是很复杂的,但是,根据无套利假设和风险中性原理,期权的收益率应该刚好等于无风险收益率, 所以期权价格的期望值
。
从而,我们知道:随机过程是一个鞅!
对应用伊藤公式,得到它的SDE表示,会有
项和
项。
因为它是一个鞅,所以项必须为0。
因为它是一个鞅,所以项必须为0。
因为它是一个鞅,所以项必须为0。
理解了这一点,我们就可以开始动手算了。首先,
接着,
根据我们上面的说法,项为0,于是就有:
这就是欧式期权所服从的抛物PDE!如果我们给它加上边界条件,就能得到一般金融数学教材上所说的欧式期权的定解问题:
上述推导的过程一般化(generalization),就是Feynman-Kac公式,我私以为,理解这个公式本质的最好办法,就是理解一个例子(比如我上面写的这个)。
Feynman-Kac公式说的是,通过将某些抛物型偏微分方程的解写成随机过程的条件期望的方式,可以将求此类微分方程的数值解转化为模拟随机过程的路径。反过来,此一类随机过程的期望可以通过确定性的计算(偏微分方程求解)得到。
接下来呢,我就来说说,如何将求随机过程的期望变成解抛物PDE。
设是某种资产的价格,它服从如下的SDE:
利率满足:
在未来的某个时刻,会有一个payoff
,它是
时刻资产价格的确定性函数,记
是:已知
,
时刻payoff的期望,在
时刻的现值。它的数学表达式:
现在,为了得到的PDE表示,我们需要用风险中性的思想构造出一个鞅。令:
很容易知道,它就是我们要找的那个鞅,就是期权在初始资产价格
的情况下,
时刻的价格。当然,我们可以通过风险中性原理判断它是鞅,也可以单纯用数学的方法。
资产价格随时间变化的信息构成了鞅
对应的 filtration,
是Doob型鞅。
接下来,我们用类似的方法,对应用Ito公式,再令其
项为0,不难得到
满足如下的抛物PDE:
如果我们再给定PDE的边界条件,就能运用偏微分方程数值解法对衍生品进行定价啦。
总结一下,本文先以BS公式的推导过程简述了Feynman-Kac公式的思想,后给出了Feynman-Kac公式的一般形式。