随机漫步

量化交易
Author

王一刀

Published

July 25, 2024

几何布朗运动(Brownian motion)

布朗运动是将看起来连成一片的液体,在高倍显微镜下看其实是由许许多多分子组成的。液体分子不停地做无规则的运动,不断地随机撞击悬浮微粒。当悬浮的微粒足够小的时候,由于受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间,微粒在另一个方向受到的撞击作用超强的时候,致使微粒又向其它方向运动,这样,就引起了微粒的无规则的运动就是布朗运动。(布朗运动指的是分子迸出的微粒的随机运动,而不是分子的随机运动。)

即布朗运动代表了一种随机涨落现象。普遍的观点仍认为,股票市场是随机波动的,随机波动是股票市场最根本的特性,是股票市场的常态。(随机现象的数学定义是:在个别试验中其结果呈现出不确定性;在大量重复试验中其结果又具有统计规律性的现象。)而布朗运动假设是现代资本市场理论的核心假设。

随机游走

其概念接近于布朗运动,是布朗运动的理想数学状态。任何分子所带的守恒量都各自对应着一个扩散运输定律。

随机游走过程\(S_t\)​遵循几何布朗运动,满足微分方程:
\(dS_t​=uS_t​d_t+σS_t​dW_t\)
\(​dS_t​/S_t​=ud_t+σdW_t\)

​设定初试状态\(S_0\),根据伊藤积分,可以解出:

\(S_t​=S_0​exp((u−σ^2/2)t+σW_t​)\)

在数学领域,函数exp(x)代表自然指数函数,即以实数e(e≈2.71828)为底的指数函数。其表达式为exp(x)=\(e^x\)

所以上面的式子也可以写成:

\(S_t​=S_0​e^{(u−σ^2/2)t+σW_t​}\)

其中μ (‘百分比drift’) 和σ (‘百分比volatility’)是常量。

漂移率(Drift Rate): 在金融领域,漂移率指的是资产价格的平均变动率,用来衡量资产价格的趋势性。例如,股票价格的漂移率可以帮助投资者判断价格的长期趋势

波动率(volatility) 波动性,在金融数学领域,指金融资产在一定时间段的变化性。通常以一年内涨落的标准差来测量。金融市场中,投资的波动性与其风险有着密切的联系。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

#rect=[0.1,5.0,0.1,0.1]
fig=plt.figure()

 #time span
T=2
#drift factor飘移率
mu=0.1 
#volatility波动率
sigma=0.04 
#t=0初试价
S0=20 
#length of steps
dt=0.01 
N=round(T/dt)
t=np.linspace(0,T,N)

#布朗运动
W=np.random.standard_normal(size=N)
W=np.cumsum(W)*np.sqrt(dt)

X=(mu-0.5*sigma**2)*t+sigma*W

S=S0*np.exp(X)

plt.plot(t,S,lw=2)
plt.show()