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Forma alternativa de optimización media-varianza que utiliza la desviación típica

Tengo curiosidad por un ejercicio que se encuentra en Métodos de optimización en finanzas . El ejercicio 8.2 (pg 143) explora una variante de la forma más común de MVO. Cuando me refiero a la variante más común estoy hablando de:

$$ \begin{aligned} \operatorname{max}_x \mu^Tx - \frac{\delta}{2}x^T\Sigma x & \\ Ax &= b \\ Cx &\ge d \end{aligned} $$

La variante que utiliza directamente la desviación típica tomando root cuadrada de $x^T\Sigma x$ es:

$$ \begin{aligned} \operatorname{max}_x \mu^Tx - \eta \sqrt{x^T\Sigma x} & \\ Ax &= b \\ Cx &\ge d \end{aligned} $$

El ejercicio en cuestión se expone en el libro como:

Para cada $\eta$ , dejemos que $x^*(\eta)$ denotan la solución óptima de la segunda forma. Demostrar que existe un $\delta > 0$ tal que $x^*(n)$ resuelve la primera forma para que $\delta$ .

Me interesa hacer esta conversión por la interpretación más intuitiva de restar $\eta$ desviaciones típicas de la media (que se denominan en las mismas unidades), frente a restar la varianza (que para mí no tiene una interpretación tan clara).

Parece algo similar a la pregunta actualmente sin respuesta ¿Viabilidad/utilidad de la optimización de la desviación media estándar? .

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Aman Puntos 14

He estado intentando responder a mi propia pregunta, y esto es lo que tengo hasta ahora. Debería ser un buen punto de partida para un debate.

Primero, arregla $\eta$ y tomar los gradientes de cada una de las funciones objetivo. Si denotamos la primera función objetivo como $f_\delta(x)$ entonces

\begin{aligned} \nabla f_\delta(x) &= \mu - \frac{\delta}{2}\left(2\Sigma x\right) = \mu - \delta\Sigma x \end{aligned}

Y si denotamos la segunda función objetivo como $g(x)$ entonces

\begin{aligned} \nabla g(x) &= \mu - \frac{\eta\Sigma x}{\sqrt{x^T\Sigma x}} \end{aligned}

Sabemos que $x^*(\eta)$ es un punto crítico, por lo que $\nabla g(x^*(\eta)) = 0$ retenciones.

\begin{aligned} \nabla g(x^*(\eta)) &= \mu - \frac{\eta\Sigma x^*(\eta)}{\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}} = 0 \\ \frac{\eta\Sigma x^*(\eta)}{\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}} &= \mu \\ x^*(\eta) &= \frac{\Sigma^{-1}\mu\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}}{\eta} \end{aligned}

También sabemos que una solución para el primer problema, llámese $y$ debe satisfacer $\nabla f_\delta(y) = 0$ .

\begin{align} \nabla f_\delta(y) &= \mu -\delta\Sigma y = 0 \\ \delta\Sigma y &= \mu \\ y &= \frac{\Sigma^{-1}\mu}{\delta} \end{align}

Ahora, queremos encontrar $\delta^*$ para que $y = x^*(\eta)$ .

\begin{align} \frac{\Sigma^{-1}\mu}{\delta^*} &= \frac{\Sigma^{-1}\mu\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}}{\eta} \\ \frac{1}{\delta^*} &= \frac{\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}}{\eta} \\ \delta^* &= \frac{\eta}{\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}} \end{align}

Para estar seguros, podemos comprobar que $x^*(\eta)$ es un punto crítico de $f_{\delta^*}(x)$ .

\begin{align} \nabla f_{\delta^*}(x^*(\eta)) &= \mu - \frac{\eta\Sigma x^*(\eta)}{\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}} = \nabla g(x^*(\eta)) = 0 \end{align}

Mis conclusiones $\delta^*$ son:

  1. $\delta^* \propto \eta$ . $\eta$ elige cuántas desviaciones estándar por debajo de la media debemos maximizar, por lo que cuanto mayor sea $\eta$ más reacios al riesgo somos. Del mismo modo, a mayor $\delta$ elige la proporción de rendimientos adicionales tenemos que estar dispuestos a aceptar un riesgo adicional. Estas explicaciones concuerdan entre sí.

  2. $\delta^* \propto \frac{1}{\sqrt{x^*(\eta)^T\Sigma x^*(\eta)}}$ . El término en el denominador es la desviación típica para la solución óptima de la forma alternativa del problema MVO. Cuanto mayor sea esta desviación típica, más arriesgados seremos.

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