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场外期权基础知识丨有限差分法和数值积分法

场外期权基础知识丨有限差分法和数值积分法 中证报价
2025-04-01
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编者按:场外期权作为资本市场中的重要金融工具,为诸多市场主体与投资者提供了灵活的风险管理和收益增强手段,也正是因为其灵活性与复杂性,导致大众缺乏对场外期权的基础认知。中证报价投教基地推出“场外期权基础知识”专栏,邀请交易商深入浅出地介绍场外期权的基本概念、风险管理和定价机制,希望能够帮助大家更加全面地了解这一复杂而高效的金融工具。


作者:东方财富证券证券投资总部

蒙特卡洛模拟和树方法模拟了资产价格变动的过程,实际上是从期权价值生成的角度来进行期权的数值求解。因此这两种方法虽然计算效率低,但展现的思想是比较直观的。最后要介绍的两种方法——有限差分法和数值积分法,本质上就只是两种数学求解工具,在难以求得期权定价公式的解析解时,可以使用这两种方法,以较高的效率求出数值解。

有限差分法

在数学上,有限差分法常用来求解偏微分方程,从这个角度理解,期权定价的有限差分法,实际上就是偏微分方程(PDE)法。在整个流程中,使用有限差分法求解偏微分方程实际上是个数学问题,真正与期权定价思想有关的,反而是BS偏微分方程的来源。

“期权定价公式”一章中,我们在介绍BS公式时曾经提到过这个偏微分方程:

上述方程中的变量是时间tt时刻标的价格St时刻价格的期权价值V,其余都是参数。对于远离高等数学的普通投资者来说,这个方程还是比较抽象的,因此我们一直没有展开来讲。但这并不意味着它不重要——事实上,在期权定价当中,BS偏微分方程有着不亚于BS公式的地位,因为它是无套利思想的直接结果。当然,使用风险中性的假设也可以推出这个偏微分方程,这一过程被归结为费曼卡茨(Feynman-Kac)公式。

那么有限差分法是如何来解这个方程的呢?注意到方程中类似于这样的表达式,这在数学上是偏导数的符号,其意义就是代表了期权价值对时间(标的价格)的敏感程度。对于解方程来讲,我们的目标是求出各个时间点和标的价格下的期权价值V,而不关心这样的偏导数是什么。因此,根据偏导数的意义,我们可以将其写成差分的形式,例如 ——这就是有限差分中“差分”的由来。

差分的意义在于将相邻时间、价格节点的期权价值建立了联系,从而我们可以依据已知节点推得未知节点的期权价值。如下图所示,到期日的期权价值是已知的,可以据此逐步前推,求出期初的期权价值。

对于相同的节点,不同的差分方式可能需要不同位置的已知节点,上图中是三个下一时刻的节点,这种差分方式被称为显式差分。另外还有可能用到相同时间不同价格的节点,这种情况下,在求解过程中,除了需要从到期时间往前推之外,还需要从两边的价格往里推,如下图(隐式差分)所示。

对于上图的隐式差分法来说,还需注意的一点是,完整的价格范围理论上是无限的,我们需要将其截断之后再开始向内迭代——这就是“有限”的由来。

数值积分法

顾名思义,数值积分法,在数学上就是求解定积分的一种方式。关于期权定价与定积分之间的关系,我们在“期权定价的解析解”一章中已经有所介绍。不熟悉高等数学的普通投资者甚至不需要理解定积分是什么,下图表达的含义已经足够直观:无非是把每个点的支付和概率相乘,然后全部加和。

这也恰恰是求取定积分数值解的一种思路。我们可以把价格区间切分成有限段,每段内的“概率×支付”在一定误差范围内相等,如下图所示,只需计算这些“概率×支付”,然后全部加和。

上述这个方法相对比较简单和直观,但是误差也比较大,一个改进方法是在每一段内使用容易求解定积分的函数去拟合;期权定价的数值积分法普遍使用的辛普森法则,就是沿着这个方向去改进的。


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