Кіріспе
Қаржы нарықтарының математикалық моделі
Black–Scholes /b//l//æ//k// /'/ʃ//oʊ//l//z/ немесе Black–Scholes–Merton моделі – туынды инвестициялық құралдарды қамтитын қаржы нарығының динамикасын сипаттайтын математикалық модель. Модельдегі параболалық дербес дифференциалдық теңдеу, Black–Scholes теңдеуі деп аталатын, Black–Scholes формуласын тудыруға мүмкіндік береді. Бұл формула еуропалық стильдегі опциондардың бағасын теориялық тұрғыдан бағалауға және опционның бағалы қағаздың тәуекелі мен күтілетін кірісіне байланысты бірегей бағасы бар екенін көрсетеді (бағалы қағаздың күтілетін кірісін тәуекелге бейтарап ставкамен алмастыру арқылы). Теңдеу мен модель экономистер Фишер Блэк пен Майрон Скоулздың құрметіне аталған. Кейде бұл тақырыпта алғашқы ғылыми мақала жазған Роберт К. Мертон да автор ретінде көрсетіледі. Модельдің негізгі принципі – негізгі активті белгілі бір тәсілмен сатып алып-сату арқылы опционды қорғау және тәуекелді жою. Мұндай қорғау "үздіксіз жаңаланатын дельта қорғауы" деп аталады және инвестициялық банктер мен хедж-фондтар қолданатын күрделі қорғау стратегияларының негізі болып табылады. Бұл модель опциондар нарығының қатысушылары тарапынан кеңінен қолданылады, бірақ көбінесе кейбір түзетулермен. Модельдің болжамдары көптеген бағыттарда жеңілдетілді және жалпыланды, нәтижесінде қазіргі уақытта туынды құралдардың бағасын белгілеу және тәуекелді басқару үшін қолданылатын көптеген модельдер пайда болды. Black–Scholes формуласымен көрсетілген модельдің түсініктері нарық қатысушылары тарапынан нақты бағалардан өзгеше қарастырылады. Бұл түсініктерге арбитраж шектері және тәуекелге бейтарап бағалау кіреді (үздіксіз жаңарудың арқасында). Сонымен қатар, опцион бағасын анықтайтын Black–Scholes теңдеуі, нақты формула қолдану мүмкін болмаған жағдайларда сандық әдістерді қолдану арқылы бағалауға мүмкіндік береді. Black–Scholes формуласында нарықта тікелей байқауға болмайтын бір ғана параметр бар: негізгі активтің орташа болашақ құбылмалылығы, бірақ оны басқа опциондардың бағасынан табуға болады. Опцион құны (сату немесе сатып алу) осы параметрге байланысты өсетіндіктен, оны кері аудару арқылы "құбылмалылық бетін" жасауға болады, ол кейін басқа модельдерді калибрлеу үшін қолданылады, мысалы, OTC туындылары үшін.
The Black–Scholes ,/b//l//æ//k// /'/ʃ//oʊ//l//z/ or Black–Scholes–Merton model is a mathematical model for the dynamics of a financial market containing derivative investment instruments. From the parabolic partial differential equation in the model, known as the Black–Scholes equation, one can deduce the Black–Scholes formula, which gives a theoretical estimate of the price of European style options and shows that the option has a unique price given the risk of the security and its expected return (instead replacing the security's expected return with the risk neutral rate). The equation and model are named after economists Fischer Black and Myron Scholes. Robert C. Merton, who first wrote an academic paper on the subject, is sometimes also credited. The main principle behind the model is to hedge the option by buying and selling the underlying asset in a specific way to eliminate risk. This type of hedging is called "continuously revised delta hedging" and is the basis of more complicated hedging strategies such as those used by investment banks and hedge funds. The model is widely used, although often with some adjustments, by options market participants. The model's assumptions have been relaxed and generalized in many directions, leading to a plethora of models that are currently used in derivative pricing and risk management. The insights of the model, as exemplified by the Black–Scholes formula, are frequently used by market participants, as distinguished from the actual prices. These insights include no arbitrage bounds and risk neutral pricing (thanks to continuous revision). Further, the Black–Scholes equation, a partial differential equation that governs the price of the option, enables pricing using numerical methods when an explicit formula is not possible. The Black–Scholes formula has only one parameter that cannot be directly observed in the market: the average future volatility of the underlying asset, though it can be found from the price of other options. Since the option value (whether put or call) is increasing in this parameter, it can be inverted to produce a "volatility surface" that is then used to calibrate other models, e. g. for OTC derivatives.
Тарих
Экономистер Фишер Блэк пен Майрон Скоулз 1968 жылы портфелді динамикалық түрде қайта қарау, бағалы қағаздардың күтілетін кірісін жоятынын көрсетті, осылайша тәуекелге бейтарап тұжырымдаманы ойлап тапты. Олар өз ойларын Луи Башелье, Шин Кассуф және Эдвард О. Торп сияқты нарық зерттеушілері мен тәжірибешілердің бұрынғы жұмыстарына негіздеді. Блэк пен Скоулз кейін формуланы нарықтарға қолдануға тырысты, бірақ саудаларында тәуекелді басқарудың жетіспеуіне байланысты қаржылық шығынға ұшырады. 1970 жылы олар академиялық ортаға оралуға шешім қабылдады. Үш жылдық күш-жігерден кейін, оларды жариялағандары үшін олардың құрметіне аталған формула, 1973 жылы «Саяси экономика журналында» «Опциялардың бағасы және корпоративтік міндеттемелер» деген мақалада жарияланды. Роберт К. Мертон опциялар бағасы моделінің математикалық түсінігін кеңейтетін алғашқы мақаланы жариялады және «Black–Scholes опциялар бағасы моделі» терминін енгізді. Бұл формула опциялар саудасының өркендеуіне әкелді және Чикаго опциялар биржасының және әлемдегі басқа опциялар нарықтарының қызметіне математикалық негіз берді. Мертон мен Скоулз 1997 жылы Экономика ғылымдары саласындағы Нобельдік сыйлықты алды, комитет олардың тәуекелге бейтарап динамикалық қайта қарауды ашуын, негізгі активтің тәуекелінен опцияны бөліп тұратын маңызды жаңалық деп бағалады. Блэк 1995 жылы қайтыс болғандықтан сыйлыққа үміткер бола алмаса да, Швед академиясы оны осы үлеске автор деп атады.
Интерпретация
Блэк-Шоулс формуласын интуитивті түсіндіруге болады, ең маңыздысы – екі түрлі мүше түсіндірілуі және олардың неге екі түрлі екендігі. Бұл мәселе бойынша талқылаулар мен графикалық иллюстрациялар үшін нақты опцияларды бағалаудағы Датар-Мэтьюс әдісін қараңыз. Эквивалентті мартингейлдік ықтималдық өлшемі тәуекелсіз ықтималдық өлшемі деп те аталады. Екеуі де өлшем теориясы тұрғысынан ықтималдықтар екенін, және екеуі де нақты ықтималдық өлшемі бойынша мерзімі бітуге тиіс ақшаға қол жеткізудің нақты ықтималдығы емес екенін ескеру қажет. Нақты ("физикалық") ықтималдық өлшемі бойынша ықтималдықты есептеу үшін қосымша ақпарат қажет – физикалық өлшемдегі дрейф мүшесі немесе, балама ретінде, тәуекелдің нарықтық бағасы.
Алымы
Блэк-Шоулз ПДЭ-ін шешудің стандартты туындысы «Блэк-Шоулз теңдеуі» мақаласында келтірілген. Фейнман-Как формуласы бойынша, осы типтегі ПДЭ-нің шешімі, тиісінше ескерілгенде, шын мәнінде мартингейл болып табылады. Осылайша, опцион бағасы – опционның ескерілген табысының күтілетін мәні. Опцион бағасын осы күту арқылы есептеу – тәуекелге бейтарап тәсіл және ПДЭ туралы білімсіз де жасалуы мүмкін. Опцион төлемінің күтілуі нақты әлемдегі ықтималдық өлшемі бойынша емес, нақты әлемдегі өлшемнен өзгеше жасанды тәуекелге бейтарап өлшем бойынша жүзеге асырылады. Бұл логиканың негізгі мәнін «Рационалды бағалау» бөліміндегі «Тәуекелге бейтарап бағалау» және «Математикалық қаржы» бөліміндегі «Деривативтерді бағалау: Q әлемі» тармақтарында қарастырылған; толық мәліметтер үшін тағы да Халл еңбегіне жүгініңіз.
Үлгінің кеңейтулері
Жоғарыда көрсетілген модельді өзгермелі (бірақ детерминистік) мөлшерлемелер мен құбылмалылықтарға кеңейтуге болады. Бұл модель дивиденд төлейтін активтерге жасалған еуропалық опцияларды бағалау үшін де қолданылуы мүмкін. Егер дивиденд акция бағасының белгілі бір үлесін құраса, жабық түрдегі шешімдер қолжетімді. Америкалық опциялар мен белгілі бір сомада ақшалай дивиденд төлейтін (қысқа мерзімді жағдайда пропорционалды дивидендке қарағанда шынайырақ) акцияларға жасалған опцияларды бағалау қиынырақ, сондықтан шешімдерді табу әдістерін таңдауға болады (мысалы, торлар мен жазылымдар).
Америкалық опциялар
Американдық опционның бағасын табу мәселесі опционды іске асыру уақытын табудың оңтайлы тоқтату мәселесімен байланысты. Американдық опцияны мерзімі біткенге дейін кез келген уақытта пайдалануға болады, сондықтан Black-Scholes теңдеуі мынадай формадағы вариациялық теңсіздікке айналады: бірге, мұнда акция бағасы бойынша төлемді және соңғы шартын білдіреді: . Жалпы, бұл теңсіздіктің жабық түрдегі шешімі жоқ, бірақ дивиденд төленбеген американдық колл опциясы еуропалық колл опциясына тең, ал Roll-Geske-Whaley әдісі бір дивидендпен американдық колл опциясы үшін шешім ұсынады; сондай-ақ Black-тің жуықтауын қараңыз. Barone-Adesi және Whaley – бұл тағы бір жуықтау формуласы. Мұнда, кез келген туынды құны үшін жарамды стохастикалық дифференциалдық теңдеу екі компонентке бөлінеді: еуропалық опцияның құны және ерте пайдалану премиясы. Кейбір шарттармен, соңғысының шешімін жуықтайтын квадраттық теңдеу алынады. Бұл шешім, ерте пайдалану мен мерзімі біткенге дейін сақтау арасындағы айырмашылықты жоятын маңызды мәнді табуды қамтиды. Bjerksund және Stensland, іске қосу бағасына сәйкес келетін стратегияға негізделген жуықтауды ұсынады. Бұл жағдайда, егер негізгі активтің бағасы іске қосу бағасынан жоғары немесе тең болса, оны пайдалану оңтайлы, ал құны тең болуы керек, әйтпесе опция «i) еуропалық жоғары және шығу колл опциясы және (ii) опция мерзімі біткенге дейін тоқтатылса, тоқтату күнінде алынатын жеңілдік» болып келеді. Формуланы пут-колл паритетін пайдалану арқылы пут опциясын бағалау үшін оңай өзгертуге болады. Бұл жуықтау есептеу жағынан үнемді және әдіс жылдам, ал дәлелдер көрсеткендей, бұл жуықтау ұзақ мерзімді опцияларды бағалауда Barone-Adesi және Whaley-ден дәл болуы мүмкін.
together with where denotes the payoff at stock price and the terminal condition:
In general this inequality does not have a closed form solution, though an American call with no dividends is equal to a European call and the Roll–Geske–Whaley method provides a solution for an American call with one dividend; see also Black's approximation. Barone Adesi and Whaley is a further approximation formula. Here, the stochastic differential equation (which is valid for the value of any derivative) is split into two components: the European option value and the early exercise premium. With some assumptions, a quadratic equation that approximates the solution for the latter is then obtained. This solution involves finding the critical value, , such that one is indifferent between early exercise and holding to maturity. Bjerksund and Stensland provide an approximation based on an exercise strategy corresponding to a trigger price. Here, if the underlying asset price is greater than or equal to the trigger price it is optimal to exercise, and the value must equal , otherwise the option "boils down to: (i) a European up and out call option and (ii) a rebate that is received at the knock out date if the option is knocked out prior to the maturity date". The formula is readily modified for the valuation of a put option, using put–call parity. This approximation is computationally inexpensive and the method is fast, with evidence indicating that the approximation may be more accurate in pricing long dated options than Barone Adesi and Whaley.
Тұрақты қою
Америкалық сату опциялары үшін жалпы талдамалық шешімнің болмауына қарамастан, мұндай формула мәңгілік опция жағдайында шығаруға болады, яғни опцияның мерзімі ешқашан бітпейді (яғни, ). Бұл жағдайда опцияның уақыт бойынша құнсыздануы нөлге тең, бұл Black–Scholes PDE-ні ODE-ге айналдырады: төменгі орындау шекарасын белгілейді, оның төменде опцияны жүзеге асыру оңтайлы. Шекаралық шарттар: ОДЭ-нің шешімдері кез келген екі сызықтық тәуелсіз шешімдердің сызықтық комбинациясы болып табылады: үшін, бұл шешімді ОДЭ-ге қойғанда: Мүшелерді қайта реттегенде: Квадрат теңдеуін қолданып, үшін шешімдер: Мәңгілік сату опциясы үшін шекті шешім болуы үшін, себебі шекаралық шарттар сату опциясының құнына жоғарғы және төменгі шектеулер қояды, орнату қажет, бұл бірінші шекаралық шарт бойынша шешімге әкеледі: Осылайша, мәңгілік сату опциясының құны: Екінші шекаралық шарт төменгі орындау шекарасының орнын анықтайды: Қорытындылай келе, мәңгілік американдық сату опциясы құны:
Бинарлық опциялар
Black-Scholes дифференциалдық теңдеуін Heaviside функциясымен шекаралық шарт ретінде шешу арқылы, белгілі бір сомадан жоғары белгіленген бағадан бір бірлік көбірек және төменің бәрінен ештеңе төлемейтін опциялардың бағасын табуға болады. Шындығында, стандартты колл (немесе пут) опциясының бағасы үшін Black-Scholes формуласын колл опциясын активке немесе ештеңеге колл опциясынан, қолма-қол ақшаға немесе ештеңеге колл опциясын шығару арқылы түсіндіруге болады, және пут опциясы үшін де осылай – бинарлық опцияларды талдау оңайырақ, және олар Black-Scholes формуласының екі шарттарымен сәйкес келеді.
Ақша немесе ештеңе шақыру
Бұл мерзімі жеткен кезде спот бағасы страйк бағасынан жоғары болса, бір бірлік ақша төлейді. Оның құны былай есептеледі:
Ақша немесе ештеңе қойылмайды
Бұл мерзімі жеткен кезде спот бағасы страйк бағасынан төмен болса, бір бірлік ақша төлейді. Оның құны былай есептеледі:
Актив немесе ештеңе жоқ
Бұл активтің бір бірлігін төлейді, егер нысандық баға мерзімі біткенде белгіленген бағадан жоғары болса. Оның құны былай есептеледі:
Актив немесе ештеңе
Бұл активтің бір бірлігін төлейді, егер мерзімі біткенде спот бағасы страйк бағасынан төмен болса. Оның құны былай есептеледі:
Ванильді опциялармен байланысы
Бинарлық опцион – ванильді опционның страйкқа қатысты математикалық туындысы болғандықтан, бинарлық опционның бағасы ванильді опционның дельтасымен бірдей пішінге ие, ал бинарлық опционның дельтасы ванильді опционның гаммасымен бірдей пішінге ие.
Облигациялық опцияларды бағалау
Black–Scholes облигациялық бағалы қағаздарға тікелей қолданылмайды, себебі олар номинал құнына жақындайды. Облигацияның мерзімі бітке келгенде, облигациямен байланысты барлық бағалар белгілі болады, соның салдарынан оның құбылмалылығы төмендейді, ал қарапайым Black–Scholes моделі бұл процесті ескермейді. Бұл құбылысты шешу үшін Black моделі бастап, Black–Scholes моделіне көптеген толықтырулар жасалды.
Пайыздық мөлшерлемелер қисығы
Іс жүзінде пайыздық мөлшерлемелер тұрақты болмайды – олар мерзіміне (купон төлеу жиілігіне) қарай өзгереді, нәтижесінде Black-Scholes формуласында қолдануға сәйкес мөлшерлемені таңдау үшін интерполяцияланатын пайыздық мөлшерлемелер қисығы пайда болады. Тағы бір ескеретін жайт – пайыздық мөлшерлемелер уақыт өте өзгеріп отырады. Бұл құбылмалылық, әсіресе ұзақ мерзімді опциондардың бағасына елеулі үлес қосуы мүмкін. Бұл, пайыздық мөлшерлеме мен облигация бағасы арасындағы кері байланыс сияқты нәрсе.
Қысқа қордың бағамы
Қысқа қор позициясын ашу, туынды операцияның мәні бойынша, әдетте тегін болмайды; сондай-ақ, ұзақ қор позициясын шағын төлем алу арқылы несиеге беруге болады. Екі жағдайда да, егер қысқа акцияларды қарызға алу құны мен ұзақ акцияларды несиеге беруден түсетін табыс арасында едәуір айырмашылық болмаса, бұл Black-Scholes бағалауы үшін үздіксіз дивиденд ретінде қарастырылуы мүмкін.
Сын-пікірлер мен пікірлер
Эспен Гаarder Хоуг пен Нассим Николас Талеб Блэк-Шоулс моделінің "тәуекелді" емес, іс жүзінде мүмкін емес "динамикалық қорқытуды" (хеджирлеуді) пайдаланып, кеңінен қолданылатын ескі модельдерді жаңадан құрастырғанын, осы арқылы оларды негізгі неоклассикалық экономикалық теориямен үйлесімді етуге бағытталғанын айтады. Олар сондай-ақ Бонесс 1964 жылы Блэк-Шоулс колл опциясының бағасын есептеу теңдеуімен "бірдей" болатын формула жариялағанын мәлімдейді. Эдвард Торп 1967 жылы Блэк-Шоулс формуласын тапқанын, бірақ оны инвесторлары үшін пайда табу мақсатында құпия саққанын айтады. Эммануэль Дерман мен Талеб динамикалық қорқытуды (хеджирлеуді) сынға алды және Блэк пен Шоулсқа дейін көптеген зерттеушілер ұқсас модельдерді ұсынғанын көрсетті. Пол Уилмот бұл модельді қорғады. 2008 жылы Беркшир Хатауэй акционерлеріне жолдаған хатында Уоррен Баффет: "Мен Блэк-Шоулс формуласы опциялар бойынша долларлық міндеттемелерді белгілеу стандарты болғанымен, ұзақ мерзімді опцияларды бағалау кезінде қызықсыз нәтижелер береді деп санаймын. Блэк-Шоулс формуласы қаржы саласында қасиетті кітап сияқты мәртебеге ие болды. Алайда, егер формула ұзақ мерзімге қолданылса, абсурдты нәтижелер туындауы мүмкін. Шындығында, Блэк пен Шоулс мұны жақсы түсінген. Бірақ олардың адал ізбасарлары, екі ғалым алғаш рет формуланы жариялағанда айтқан ескертулерді назарға алмауы мүмкін" деп жазды. 2012 жылы жарық көрген "Белгісіздіктің ізденуі: әлемді өзгерген 17 теңдеу" атты кітаптың авторы, британдық математик Иан Стюарт, Блэк-Шоулс "экономикалық өсудің маңызды драйвері болғанын" және "2007 жылға қарай халықаралық қаржы жүйесі жылына бір квадриллион долларға бағаланған туынды құралдармен сауда жасағанын" айтты. Ол Блэк-Шоулс теңдеуі "сауда-саттықтың математикалық негіздемесі" екенін, демек "2007-2008 жылдардағы қаржылық дағдарысқа ықпал еткен қаржылық жауапкершіліксіздік, саяси нашарлық, бұрмаланған стимулдар және жұмсақ реттеудің бір құрамы" екенін мәлімдеді. Ол "шын мәнінде, мәселе теңдеудің өзінде емес, оның қаржы индустриясындағы дұрыс емес қолданылуында" екенін түсіндірді. Негізгі активінің құны теріс болуы мүмкін опциялармен жұмыс істегенде, сарапшылар Башельер моделі сияқты басқа модельді қолдануы немесе бағаларға тұрақты түзету енгізуі мүмкін.
Негізгі сілтемелер
(Блэк пен Скоулздың бастапқы мақаласы.)
Тарихи және әлеуметтанушылық аспектілері
Дерман, Эммануэль. "Квант ретіндегі өмірім" John Wiley & Sons, Inc. 2004 ж. Mandelbrot & Hudson, "Нарықтардың (бұрыс) мінез-құлқы" Basic Books, 2006 ж. Шпиро, Джордж Г., Болашақты бағалау: Қаржы, физика және Блэк-Школьс теңдеуіне 300 жылдық саяхат; Гений және жаңалықтар туралы әңгіме (Нью-Йорк: Basic, 2011) 298 бет. Талеб, Насим. "Динамикалық қорқыту" John Wiley & Sons, Inc. 1997 ж. Торп, Эд. "Кез келген нарық үшін адам" Random House, 2017 ж.
Алындыру және шешу
Грин функциясын қолданып Блэк-Шоулс теңдеуін шешу, профессор Деннис Сильверман. Математик Теренс Таоның "Блэк-Шоулс теңдеуі туралы түсіндірме" мақаласы.
The Black–Scholes Equation Expository article by mathematician Terence Tao.