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¿En qué medida afecta la complejidad computacional a la fijación de precios de las opciones?

Me han encargado que escriba un artículo de 25 páginas sobre la complejidad computacional. Las primeras 10 páginas deben ser una introducción al campo (que ya he hecho en gran parte) y las siguientes 15 páginas deben discutir algún área o aplicación específica de la complejidad computacional (como la criptografía).

Idealmente, dado que es un área que me interesa, me gustaría encontrar una manera de utilizar esto como excusa para investigar la computación y su importancia en las finanzas. Ahora estoy tratando de encontrar un área de las finanzas matemáticas/teóricas que me permita hacerlo (cualquier sugerencia al respecto será muy apreciada).

Según la Wikipedia,

"[La fijación de precios de las opciones tiene] un alto grado de complejidad computacional y son lentos para converger a una solución en los ordenadores clásicos".

¿Con qué fin es esto cierto, y hasta qué punto podría entrar en detalles sobre este tema?

Adenda: Además, ¿alguien sabe si los modelos de valoración de opciones, como el modelo Black-Scholes, se clasificarían como NP, NP-Completo, etc.?

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philfreo Puntos 507

Advertencia: soy una persona de finanzas que ha estado expuesta recientemente a la teoría de la computación y la complejidad, así que esto será más finanzas y menos CS.

La dificultad computacional de la fijación de precios de las opciones se entiende relativamente bien: si se compran los supuestos del modelo de Black, Scholes y Merton, entonces tenemos una expresión de forma cerrada para el precio de la opción europea que tiene requisitos computacionales insignificantes. Introduzca los valores en esta fórmula y ya está.

\begin{equation} \mathrm C(\mathrm S,\mathrm t)= \mathrm N(\mathrm d_1)\mathrm S - \mathrm N(\mathrm d_2) \mathrm K \mathrm e^{-rt} \label{eq:2} \end{equation}

La fijación de precios de las opciones americanas requiere un enfoque diferente, ya que la posibilidad de ejercerlas anticipadamente complica el problema. La cuestión clave es la dependencia de la trayectoria, ya que no sólo importa dónde acabamos, sino cómo hemos llegado hasta allí. Esto es más complejo desde el punto de vista computacional, ya que hay que valorar la opción de ejercicio anticipado para tener un problema de parada óptima. Cox, Ross y Rubinstein nos muestran cómo hacer esto en un árbol binomial y Longstaff y Schwarz nos mostraron cómo hacerlo usando simulaciones. Yo diría que éstas no son lentas para converger, ¡pero depende del significado que se le quiera dar a las computadoras clásicas!

A continuación, podemos pasar a opciones más complicadas, que dependen de muchas poblaciones o de muchos estados de la naturaleza para aumentar la complejidad computacional de este problema, en cuyo caso podemos tener una convergencia lenta, ya que la dimensión del modelo es muy grande.

El modelo BSM hace suposiciones muy estrictas sobre el proceso de precios y nosotros simplificamos mucho nuestro modelo de formación de precios. Tenemos que anotar algún proceso de precios para cualquier modelo, pero en realidad el proceso de generación de datos para los precios de las acciones es desconocido y sentimos intuitivamente que la valoración de los valores es un problema complejo.

Podemos formalizar esta intuición pensando en el problema en términos de la teoría de la complejidad computacional. Si el problema de la valoración tiene un cierto nivel de complejidad (NP-duro), entonces el inversor puede no ser nunca capaz de encontrar el verdadero valor para actuar e introducirlo en el precio mediante la negociación.

Esto contrasta fuertemente con nuestra visión de la formación de precios basada en la economía de la información, en la que los agentes procesan toda la información relevante y luego negocian en función de la remuneración condicional esperada (correcta) del precio de las acciones.

Estos documentos deberían servirle para empezar: The computational hardness of pricing compound options. Braverman & Pasricha

Los mercados son eficientes si y sólo si P=NP. P Maymin

La hipótesis de los mercados eficientes no se cumple cuando la valoración de los valores es difícil desde el punto de vista informático. Tang et. al.

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akalenuk Puntos 1738

Es preferible que te mantengas alejado de esto como estudiante para un proyecto, incluso si eres un estudiante de doctorado. Si quieres abordar esto como estudiante de doctorado, entonces me encantaría consumir completamente cada momento de tu tiempo trabajando en esto porque tengo un problema que quiero reducir a tiempo polinomial determinista. Créeme, no querrás hablar conmigo porque nunca se acabarán tus dolores de cabeza.

El modelo de valoración de opciones Black-Scholes nunca ha tenido un estudio de validación exitoso. De hecho, hay 3800 artículos sobre una sola anomalía que he mirado. Parte de un artículo que estoy presentando para su publicación contiene un argumento de que si los supuestos de Black-Scholes fueran estrictamente ciertos, entonces no puede existir un estimador que pueda converger al parámetro poblacional, incluso con un conjunto de datos infinitamente grande. En realidad, nadie examinó nunca formalmente las propiedades de Black-Scholes como estimador. Todo el mundo se limitó a suponer que la fórmula, si era válida bajo los supuestos, sería también un estimador válido del parámetro. Resulta que no es así, de ahí todas las anomalías.

Si quiere seguir en las finanzas computacionales, vaya a la estimación de la quiebra. Es un área amplia y rica con un conjunto de herramientas casi infinito. El conjunto de herramientas es excesivamente amplio debido a las presiones combinadas de publicar o perecer y a la necesidad de demostrar que "soy inteligente, contrátame, puedo hacer una locura de lujo".

Probé 78 modelos de quiebra durante un periodo de casi 90 años. Utilizando métodos bayesianos, un modelo tenía aproximadamente un 46% de posibilidades de ser el modelo verdadero, otro modelo tenía aproximadamente un 54% de posibilidades de ser el modelo verdadero y los 76 modelos restantes tenían una probabilidad posterior combinada de que uno de ellos fuera verdadero de 1/10000 de uno por ciento. Todos eran estadísticamente significativos. De los dos, afortunadamente, ninguno compartía las mismas variables, así que pude hacer una media ponderada y eso fue mucho mejor que cualquiera de ellos por separado.

Es fácil verificar las cualidades de un modelo, después de que se construya y se ejecute a través de los datos. Se trata de un problema lineal. Comprobar varios modelos es un problema combinatorio. Más aún si no se conoce la forma de la función, como "aunque se violen los supuestos, ¿se puede utilizar la regresión logística?". Encontrará bosques aleatorios, regresión logística, redes de Hopfield y casi cualquier técnica que pueda clasificar o estimar el fracaso. Es tan difícil porque las empresas de los distintos sectores no son iguales y la naturaleza de esos sectores cambia a medida que cambian la tecnología y las preferencias. Ningún modelo puede ser estrictamente estacionario.

Es necesario retroceder al menos hasta los años 60, ya que los caminos empezaron a divergir entonces y el material más reciente no es realmente mejor que la obra fundacional. Gran parte de la obra fundacional tampoco es tan buena.

Si piensa en la quiebra como algo parecido a la muerte, se equivoca, a menos que lea los libros infantiles "Animorphs". Berkshire Hathaway fue, durante la mayor parte de su historia, una empresa textil. Ahora vende helados a través de su filial Dairy Queen, seguros a través de su filial Geico y docenas de otras cosas, desde alfombras hasta zapatos. Las empresas pasan de ser tortugas a vacas, a medias osas, a cuartos de perro y a cuartos de pez. Sobreviven convirtiéndose en otra cosa. Si estás escribiendo software y asumiendo estabilidad, entonces estás resolviendo el problema equivocado. Eso es complicado y eso es complejo. Fíjate en la quiebra.

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Hola, gracias por su respuesta. ¿Hay algún documento, libro o artículo en particular que recomiende leer para obtener más información sobre la complejidad computacional de la estimación de la quiebra?

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La estimación de la quiebra sólo es compleja si se cree que no se conoce el modelo. Su complejidad proviene de la naturaleza combinatoria de las pruebas de hipótesis bayesianas. En mi despacho, y no estoy, tengo un libro de optimización combinatoria, pero no recuerdo si incluye contenidos sobre complejidad computacional. Toda la selección de modelos es bayesiana porque las únicas herramientas fuera de los métodos bayesianos directos son cosas como el AIC o el BIC. Son sólo estimaciones puntuales de las herramientas bayesianas. Hay formas de evadirla, como la regresión por pasos, pero es una heurística débil para escapar de ella.

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