# 量化分析師的Python日記【第13天 Q Quant兵器譜之偏微分方程3】
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> 歡迎來到 Black - Scholes — Merton 的世界!本篇中我們將使用在第11天學習到的知識應用到這個金融學的具體方程之上!
```py
import numpy as np
import math
import seaborn as sns
from matplotlib import pylab
font.set_size(15)
```
## 1. 問題的提出
BSM模型可以設置為如下的偏微分方差初值問題:

做變量替換`τ=T?t`,并且設置上下邊界條件:

## 2. 算法
按照之前介紹的隱式差分格式的方法,用離散差分格式代替連續微分:

其中

以上即為差分方程組。
這里有些細節需要處理,就是左右邊界條件,我們這里使用Dirichlet邊界條件,則:

## 3.實現
```py
import scipy as sp
from scipy.linalg import solve_banded
```
描述BSM方程結構的類:`BSMModel`
```py
class BSMModel:
def __init__(self, s0, r, sigma):
self.s0 = s0
self.x0 = math.log(s0)
self.r = r
self.sigma = sigma
def log_expectation(self, T):
return self.x0 + (self.r - 0.5 * self.sigma * self.sigma) * T
def expectation(self, T):
return math.exp(self.log_expectation(T))
def x_max(self, T):
return self.log_expectation(T) + 4.0 * self.sigma * math.sqrt(T)
def x_min(self, T):
return self.log_expectation(T) - 4.0 * self.sigma * math.sqrt(T)
```
描述我們這里設計到的產品的類:`CallOption`
```py
class CallOption:
def __init__(self, strike):
self.k = strike
def ic(self, spot):
return max(spot - self.k, 0.0)
def bcl(self, spot, tau, model):
return 0.0
def bcr(self, spot, tau, model):
return spot - math.exp(-model.r*tau) * self.k
```
完整的隱式格式:`BSMScheme`
```py
class BSMScheme:
def __init__(self, model, payoff, T, M, N):
self.model = model
self.T = T
self.M = M
self.N = N
self.dt = self.T / self.M
self.payoff = payoff
self.x_min = model.x_min(self.T)
self.x_max = model.x_max(self.T)
self.dx = (self.x_max - self.x_min) / self.N
self.C = np.zeros((self.N+1, self.M+1)) # 全部網格
self.xArray = np.linspace(self.x_min, self.x_max, self.N+1)
self.C[:,0] = map(self.payoff.ic, np.exp(self.xArray))
sigma_square = self.model.sigma*self.model.sigma
r = self.model.r
self.l_j = -(0.5*sigma_square*self.dt/self.dx/self.dx - 0.5 * (r - 0.5 * sigma_square)*self.dt/self.dx)
self.c_j = 1.0 + sigma_square*self.dt/self.dx/self.dx + r*self.dt
self.u_j = -(0.5*sigma_square*self.dt/self.dx/self.dx + 0.5 * (r - 0.5 * sigma_square)*self.dt/self.dx)
def roll_back(self):
for k in range(0, self.M):
udiag = np.ones(self.N-1) * self.u_j
ldiag = np.ones(self.N-1) * self.l_j
cdiag = np.ones(self.N-1) * self.c_j
mat = np.zeros((3,self.N-1))
mat[0,:] = udiag
mat[1,:] = cdiag
mat[2,:] = ldiag
rhs = np.copy(self.C[1:self.N,k])
# 應用左端邊值條件
v1 = self.payoff.bcl(math.exp(self.x_min), (k+1)*self.dt, self.model)
rhs[0] -= self.l_j * v1
# 應用右端邊值條件
v2 = self.payoff.bcr(math.exp(self.x_max), (k+1)*self.dt, self.model)
rhs[-1] -= self.u_j * v2
x = solve_banded((1,1), mat, rhs)
self.C[1:self.N, k+1] = x
self.C[0][k+1] = v1
self.C[self.N][k+1] = v2
def mesh_grids(self):
tArray = np.linspace(0, self.T, self.M+1)
tGrids, xGrids = np.meshgrid(tArray, self.xArray)
return tGrids, xGrids
```
應用在一起:
```py
model = BSMModel(100.0, 0.05, 0.2)
payoff = CallOption(105.0)
scheme = BSMScheme(model, payoff, 5.0, 100, 300)
```
```py
scheme.roll_back()
```
```py
from matplotlib import pylab
pylab.figure(figsize=(12,8))
pylab.plot(np.exp(scheme.xArray)[50:170], scheme.C[50:170,-1])
pylab.xlabel('$S$')
pylab.ylabel('$C$')
<matplotlib.text.Text at 0x76ea7d0>
```

## 4. 收斂性測試
首先使用BSM模型的解析解獲得精確解:
```py
analyticPrice = BSMPrice(1, 105., 100., 0.05, 0.0, 0.2, 5.)
analyticPrice
```
| price | delta | gamma | vega | rho | theta |
| --- | --- |
| 1 | 26.761844 | 0.749694 | 0.00711 | 71.10319 | 241.037549 | -3.832439 |
我們固定時間方向網格數為3000,分別計算不同S網格數情形下的結果:
```py
xSteps = range(50,300,10)
finiteResult = []
for xStep in xSteps:
model = BSMModel(100.0, 0.05, 0.2)
payoff = CallOption(105.0)
scheme = BSMScheme(model, payoff, 5.0, 3000, xStep)
scheme.roll_back()
interp = CubicNaturalSpline(np.exp(scheme.xArray), scheme.C[:,-1])
price = interp(100.0)
finiteResult.append(price)
```
我們可以畫下收斂圖:
```py
anyRes = [analyticPrice['price'][1]] * len(xSteps)
pylab.figure(figsize = (16,8))
pylab.plot(xSteps, finiteResult, '-.', marker = 'o', markersize = 10)
pylab.plot(xSteps, anyRes, '--')
pylab.legend([u'隱式差分格式', u'解析解(歐式)'], prop = font)
pylab.xlabel(u'價格方向網格步數', fontproperties = font)
pylab.title(u'Black - Scholes - Merton 有限差分法', fontproperties = font, fontsize = 20)
<matplotlib.text.Text at 0x7857bd0>
```

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- Porfolio(現金比率+負債現金+現金保障倍數)+市盈率
- ROE選股指標
- 成交量因子
- ROIC&cashROIC
- 【國信金工】資產周轉率選股模型
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- 1.4 股東分析
- 技術分析入門 【2】 —— 大家搶籌碼(06年至12年版)
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- 誰是中國A股最有錢的自然人
- 1.5 宏觀研究
- 【干貨包郵】手把手教你做宏觀擇時
- 宏觀研究:從估值角度看當前市場
- 追尋“國家隊”的足跡
- 二 套利
- 2.1 配對交易
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- 【統計套利】配對交易
- 相似公司股票搬磚
- Paired trading
- 2.2 期現套利 ? 通過股指期貨的期現差與 ETF 對沖套利
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- 3.1 盈利預增
- 盈利預增事件
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- 3.3 牛熊轉換
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- Even More Conservative Bollinger Bands
- Simple Bollinger Bands
- 4.2 均線系統
- 技術分析入門 —— 雙均線策略
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- 漲停股票封單統計
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- 最經典的Momentum和Contrarian在中國市場的測試-yanheven改進
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- Halloween cycle 2
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- strategy7: recommendation based on theme
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- Market Competitiveness
- 主題龍頭類
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- 【50ETF期權】 2. 歷史波動率
- 【50ETF期權】 3. 中國波指 iVIX
- 【50ETF期權】 4. Greeks 和隱含波動率微笑
- 【50ETF期權】 5. 日內即時監控 Greeks 和隱含波動率微笑
- 【50ETF期權】 5. 日內即時監控 Greeks 和隱含波動率微笑
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- 【50ETF期權】 期權擇時指數 1.0
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- 期權頭寸計算
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- 期權市場一周縱覽
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- 期權每日成交額PC比例計算
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