《期证券市场》PPT课件.ppt

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1、第二讲 二期证券市场的基本模型和线性定价法则金融经济学第二讲2从期权定价问题讲起从我们上次最后提出的“期权定价问题”的解法上我们可看出“数学公理化方法”的一般步骤：1。提出模型(二期、二状态、二证券模型)；2。提出所依据的“公理”的具体形式(线性定价法则等)；3。根据“公理”，提出问题，求解。所求得的解答当然取决于“模型”和“公理”两方面。金融经济学第二讲3“模型”与“公理”“模型”的提出取决于工具。工具并非越艰深越好，而应该以能否回答问题、解决问题为原则。“公理”的提出取决于理念。在我们的讨论中，理念就是“套利定价论”。两者常常是同时考虑的。有时甚至很难严格区分。金融经济学第二讲4“均衡定价

2、论”的资产定价上述“期权定价”是一种“相对定价”的方法。其中没有涉及任何经济活动者的市场行为。考虑“经济者行为”的是“均衡定价论”。这是一种“绝对定价”的方法。(见讲义中的例子)这些“定价理论”都不考虑信息的作用。金融经济学第二讲5金融资产定价问题金融经济学的基本问题是在不确定市场环境下对金融资产定价。这大致可表达为这样的一个问题：已经知道一种金融资产在未来各种可能的价值，要问它当前的价值是多少。前面讨论过的“期权定价问题”就是这样的问题。金融经济学第二讲6二期资产定价模型未来未定权益空间定价当前确定价值(实数域)金融经济学第二讲7经济学使高维空间普及化 G.Debreu(1921-2004)

3、,1983 年诺贝尔经济奖获得者 “商品空间有实向量空间结构这一事实是经济学数学化成功的基本原因。”G.Debreu 1983 年 诺贝尔经济奖演说金融经济学第二讲8金融学数学化成功的基本原因模仿 Debreu 的警句，我们可以说：金融学数学化成功的基本原因是：portfolio 与 linear combination 之间有对应关系。即证券组合的价证券组合的价值等于证券价值的线性组合。值等于证券价值的线性组合。这一“对应关系”被当作“不证自明”的公理。因此，“未来未定权益空间”首先形成一个线性空间。这个线性空间可能是有限维的，也可以是无限维的。定价问题则是两个线性空间之间建立对应关系。金融

4、经济学第二讲9最早的“金融资产定价”研究历史上最早的“金融资产定价”研究紧密联系着概率论的早期历史。当时研究的“金融资产”就是赌博。赌博。从“定价”（“下赌注”）的角度来看，赌博与金融资产一样，要确定“未来”价值不确定的“赌局”的“当前”价值。概率论最早的著作就是关于赌博的一些通信。金融经济学第二讲10概率论的早期历史 Blaise Pascal(1623-1662)Pierre de Fermat(1601-1665)1654 年 Pascal 与 Fermat 的五封通信，奠定概率论的基础。他们当时考虑一个掷骰子问题，开始形成数学期望的概念，并以“输赢的钱的数学期望”来为赌博“定价”。金融

5、经济学第二讲11Pascal-Fermat 问题二人掷骰子赌博，先掷满 5 次双 6 点者赢。有一次，A 掷满 4 次双 6 点，B 掷满 3 次双 6 点。由于天色已晚，两人无意再赌下去，那么该怎样分割赌注？答案：A 得 3/4,B 得 1/4.结论：应该用数学期望来定价。金融经济学第二讲12Bachelier 的观念Pascal-Fermat 的观念被 Bachelier 用到证券市场的定价上。如果证券的未来价值是随机变量 x,那么其当前价值就是 p(x)=Ex,或者 x=p(x)+,其中 E=0.金融经济学第二讲13随机游走、布朗运动和鞅金融经济学第二讲14随机游走、布朗运动和鞅(续)金

6、融经济学第二讲15有效市场理论的先驱这几个概念虽然都是后人提出的，但都起源于 Bachelier 1900 年的论文，而其更早的根源是 17 世纪的 Pascal-Fermat 的观念。这样的观念也成为有效市场理论的先驱；不过后人发现：把上述价格序列代换为价格的对数序列更符合实际。早期有效市场理论就企图验证这样的结果。金融经济学第二讲16时间价值和风险价值上述观念的最大问题是不能解释证券的时间价值和风险价值。经过长时期的金融学研究，人们最后发现，应该把 p(x)=Ex 取代为 p(x)=Emx.其中 m 称为随机折现因子。m 也可看作对概率测度的一种变换，即在另一种概率测度下，可以有 E*x=

7、Emx,整个理论又可回归到原来。金融经济学第二讲17无套利假设解决金融资产定价问题的出发点是无套利假设。无套利假设的简单说法就是“无钱投入就无钱产出”。它相当于在普通商品经济中的“无投入就无产出”假设对金融商品的要求。数学公理化的方法就是要把一些作为假设的想法，用一个数学模型把它表达出来。金融经济学第二讲18无套利假设的五个层次1.未来价值一样的组合，当前应该有一样的定价。2.组合的若干倍的当前价值应该等于该组合的当前价值的同样倍数。3.组合的买价与卖价应该一致。4.组合的当前价值应该等于其组合成分的当前价值之和。5.未来值钱(价值为正)的组合，当前也值钱。(远期套利)金融经济学第二讲19无套

8、利假设五个层次的数学表达(未来价值确定情形）1.(可定价法则)存在定价函数2.(正齐次定价法则)是正齐次函数，即对于任何正实数 和实数3.(齐次定价法则)是齐次函数，即对于任何实数 和实数4.(线性定价法则)是线性函数，即对于任何实数 和5.(正线性定价法则)是正线性函数，即当 时，金融经济学第二讲20无套利假设五个层次的数学表达（一般情形）1.(可定价法则)存在定价函数2.(正齐次定价法则)是正齐次函数，即对于任何正实数 和实数3.(齐次定价法则)是齐次函数，即对于任何实数 和实数4.(线性定价法则)是线性函数，即对于任何实数 和5.(正线性定价法则)是正线性函数，即当 时，金融经济学第二讲

9、21关于“五个层次”的新认识如果我们承认证券组合的价值等于证券价值证券组合的价值等于证券价值的线性组合，的线性组合，即如果我们承认“未定权益空间为线性空间”，那么 2,3,4 层次将是第 1 层次的直接推论。因此，更重要的是第 1 层次和第 5 层次。它们的表述与线性结构无关。在金融学文献中，第 1 层次称为一价定律一价定律 （law of one price)law of one price)，第 5 层次称为无套利无套利机会机会 (no arbitrage,absence of(no arbitrage,absence of opportunity for arbitrage).oppor

10、tunity for arbitrage).金融经济学第二讲22“一价定律”的经典表述“一价定律”往往被看作经济学的“一般定律”。Modigliani 和 Miller 在他们1958年的经典论文中正是以此作为他们论述的出发点：“完善(perfect)市场”中“互相完全可替代的两种互相完全可替代的两种商品在均衡中必须都以同样的价格出售商品在均衡中必须都以同样的价格出售”。正如我们前面所述，它意味着一种线性定价线性定价法则。法则。金融经济学第二讲23“一价定律”与“无套利机会”在“二期模型”中，“一价定律”可形象地表述为“将来（不确定）价值一样，现在（确定）价值也一样”。“无套利机会”可形象地表

11、述为“将来（不确定）值钱（为正），现在（确定）也值钱（为正）。在存在无风险证券（钱）的模型中，“无套利机会”一定能导出“一价定律”。因此，“无套利机会”将意味着一种“正线性定价正线性定价法则法则”。金融经济学第二讲24二期模型未来未定权益线性空间定价当前确定价值(实数域)一价定律：线性定价法则无套利机会：正线性定价法则进一步认识1、2、3、4一价定律（线形定价法则）：期权定价之前的所有定价模型5无套利（正线形定价法则）：期权定价未定权益都有M中组合对应”复制”(权益定义)“可交易的未定权益”某些基本证券的线性组合完全市场都有组合对应，如果有线性定价法则，等同于“第二种观点”金融经济学第二讲26

12、均值方差分析Markowitz(1952)首先提出把收益率看作随机变量，并用它的均值（数学期望）来刻画“收益”，用它的方差来刻画“风险”。这个观点沿用至今。有了这样的观念以后，利用随机变量可进行线性运算，我们就可用来处理证券组合，其中的“风险”可“分散”、“对冲”以至“重新组合”。这是金融工程的核心。金融经济学第二讲27随机变量的均值和方差任何一个随机变量 x 总可分解为它的均值均值和随机波动随机波动两部分：其中 是 x 的方差。如果 是另一个随机变量，其方差 ,那么它们的协方差为其中 是它们的相关系数。金融经济学第二讲28随机变量与向量的比较随机变量：向量：协方差：内积：标准差：长度：相关系

13、数：夹角余弦：数学公理化方法把“同构”的东西看作（外延上）“同样”的东西！金融经济学第二讲29基本假设1.未定权益空间 是一些方差有限的随机变量形成的向量空间。2.如果对于任何 定义 为它们的内积，那么 是Hilbert 空间。3.定价函数 为线性连续函数。金融经济学第二讲30简单情形的模型市场中只有 K 种证券，“未定权益空间”就是这 K 种证券的未来价格的各种线性组合所张成的(有限维)空间。定价函数就由这 K 种证券的当前价格的线性组合来形成。但是为了保证能定价，必须要求“未来价值一样的未定权益当前有一样的价值”(一价定律一价定律)。为讨论“风险分解”，这个 同样需要引入内积。金融经济学第

14、二讲31金融资产定价理论的总思路金融经济学的基本问题是在不确定市场环境下对金融资产定价：已知金融资产未来可能的价值，要定它的当前价值。最早的解答是：p(x)=Ex,后来的解答是：p(x)=Emx.m 的根据是“无套利假设(线性定价法则)”。由此可导出金融经济学第二讲32Poincar、Einstein 和 Hilbert Jules Henri Poincar (1854-1912)法国数学家、物理学 家、哲学家David Hilbert(1862-1943)德国数学家Albert Einstein(1879-1955)德国物理学家金融经济学第二讲33“公理化”数学回顾金融经济学第二讲34“公

15、理化”数学回顾（续）金融经济学第二讲35“公理化”数学回顾（续）金融经济学第二讲36“公理化”数学回顾（续）金融经济学第二讲37“公理化”数学回顾（续）金融经济学第二讲38“公理化”数学回顾（续）金融经济学第二讲39内积空间金融经济学第二讲40Euclid 空间和 Hilbert 空间金融经济学第二讲41Hilbert 空间的正交分解金融经济学第二讲42Riesz 表示定理金融经济学第二讲43Hilbert 空间Hilbert 空间是有限维向量空间的推广。它有三个条件：1.有向量空间的结构，即两个向量可相加，一个向量可与实数相乘；2.其上定义了内积；3.它满足完备性条件。这是一个定义了向量的长

16、度、向量间的夹角、并且可以作极限运算的向量空间。金融经济学第二讲44Hilbert 空间的重要性质正交性：两个向量正交是指它们的内积为零。正交分解：对于它的任何一个闭子空间，都存在另一个闭子空间，使得它们正交，并且每个向量可分解为这两个闭子空间中的向量之和。同时，还有“勾股定理”成立。金融经济学第二讲45Riesz 表示定理定理指出，Hilbert 空间中的每一个连续线性函数一定可用内积形式表示。这一定理是 Hilbert 空间的正交分解定理的推论。利用连续线性函数的“零空间”是一个闭子空间，再对它作正交分解，那么这个闭子空间的适当长度的“法向量”就是所求的“内积向量”。金融经济学第二讲46随

17、机折现因子存在定理由 Riesz 表示定理立即可得：在上述基本假设下，存在唯一的 使得对于任何 有 利用协方差的概念，由此得到 前一项是未定权益的时间价值时间价值，后一项是证券的风险价值风险价值。是无风险利率无风险利率。“等价概率鞅测度”与“客观概率侧度”不同的折现因子金融经济学第二讲47收益率的概念为便于讨论，我们采用“毛收益率”的定义：所有未来价值为常数的“未定权益”有同样的收益率：金融经济学第二讲48收益率超平面和超额收益率子空间收益率收益率可定义为当前价值为 1 的未定价值全体。当随机折现因子存在时，它是未定权益空间中的一个超平面超平面，即它是“余维数为 1”的子空间的平移。相应的子空

18、间称为超额收益率子空间超额收益率子空间，它是相对于某个固定收益率来说的超额收益率的全体。经典的金融研究都是从收益率和超额收益率出发的。金融经济学第二讲49正交性的特殊含义在未定权益空间 中如果存在无风险证券，即其未来价格为常数 1,那么与 1 正交的 x,即 Ex=0,意味着 x 是一种“随机波动”。与 m 正交的 x,即 Emx=0,意味着 x 是“无价值”的(“超额收益率”)。与 1 和 m 都正交的“未定权益”就是一种“无价值”的“随机波动”，它意味着一种“纯风险”。命题：设无风险证券命题：设无风险证券1不是未定权益空间不是未定权益空间的元素。的元素。1 1 是是中中1 1的模仿组合。那

19、么的模仿组合。那么x x属于属于与与11不相关的不相关的充要条件为充要条件为E E(x)=0(x)=0。金融经济学第二讲50资产定价的“平面几何”资产定价问题在这个框架下，涉及的量主要是以下几个量：未定权益的当前价值、其时间价值(数学期望)、以及风险价值(协方差)。因此，所有的计算都是对未定权益在无风险证券和随机折现因子所张成的平面上的射影来进行的。这就是资产定价的“平面几何”。金融经济学第二讲51收益率正交分解的框架金融经济学第二讲52正交分解的图示金融经济学第二讲53正交分解定理的简单应用任何收益率总有下列分解：金融经济学第二讲54一般的正交分解上述的正交分解也可对 1 和 m 所张成的平

20、面 上的任何两个不共线的收益率 和 来进行，即对于收益率如果 那么金融经济学第二讲55正交分解的金融经济学含义第一个分解就是 Markowitz 证券选择理论。它指出，对于“（均值）收益最大，（方差）风险最小”准则，“最优选择”应该在一个“平面”（二基金）上选取。第二个分解就是资本资产定价模型（CAPM）。在“平面”上选择两个互不相关的收益率，利用这一分解得到的等式就是 CAPM。金融经济学第二讲56资本资产定价模型金融经济学第二讲57Riesz 定理导出 1 的模仿组合市场中有可能不存在无风险证券，即未定权益空间 中不包含常数 1.这时，我们可利用 Riesz 表示定理得到“1 的模仿组合”

21、。数学期望是连续线性函数，因此存在唯一的 使得 ，其中 就是无风险证券无风险证券的模仿组模仿组合。合。定义 以它取代 ，那么上面的讨论都仍然成立。金融经济学第二讲58无风险证券模仿组合的性质无风险证券模仿组合的性质如果 中存在无风险证券，即 那么如果 那么 是“风险证券”。由于 并且 故 因此，中国证券市场值得做实证分析中国证券市场值得做实证分析模仿组合！模仿组合！金融经济学第二讲59金融经济学第二讲60互不相关的“前沿收益率对”为了建立“零 资本资产定价模型”，需要讨论这样的问题：对每一个“前沿收益率”，是否存在另一个“前沿收益率”，使得它们不相关？如果 中存在无风险证券，那么每个“前沿收益

22、率”都与“无风险收益率”不相关。如果 中不存在无风险证券，那么有一个“有效收益率”可能没有与它不相关的“前沿收益率”，它就是“前沿收益率双曲线”的顶点。金融经济学第二讲61Riesz 定理导出协方差的“模仿组合”也就是说，为得到所谓零 CAPM，需要对固定的 找到 ，使它满足 这一问题也可归结为“正交性”问题。未定权益 x 与某个固定的未定权益 r 的协方差 Covr,x 也是 x 的连续线性函数。因此，由 Riesz 表示定理，它也有“模仿组合”，即尤其是与 r 不相关的 x，就是与 正交的 x.金融经济学第二讲62有无风险证券的收益率前沿金融经济学第二讲63有无风险证券的收益率正交分解金融

23、经济学第二讲64没有无风险证券的收益率前沿金融经济学第二讲65没有无风险证券的收益率正交分解 后两个等式是在“市场”中再加入无风险证券以后的分解。金融经济学第二讲66“前沿收益率”直线在“收益风险”平面上的表现“前沿收益率”就是收益率超平面在无风险 证券(模仿组合)和随机折现因子m所张成的平面 上的交线，这是一条直线，可表示为如果在 Markowitz 的“收益风险”平面上，和 将在平面上画出双曲线的一支(或两条射线)。金融经济学第二讲67风险最小的前沿收益率在有无风险证券的情形下，风险最小的前沿收益率就是无风险收益率。在没有无风险证券的情形下，风险最小的前沿收益率的期望值为 这一等式也适用于

24、有无风险证券情形。金融经济学第二讲68“前沿收益率双曲线”的顶点这个顶点所对应的期望收益率就是金融经济学第二讲69“特殊资本资产定价模型”令 ，那么对于任何收益率有 因此，再令 ，那么又有因此，金融经济学第二讲70“无风险收益率”常数 可称为“无风险收益率”。但它的存在与是否存在无风险证券无关。这是本讲义的特殊用法。如果 中存在无风险证券 1，那么它就是无风险利率；否则它是个“代用品”。在前一种情形下，可以指出，任何“前沿收益率”都符合“资本资产定价模型”。金融经济学第二讲71金融经济学第二讲72三种定价理论表达的等价性如果假定已经有“线性定价法则”，那么三种定价理论表达是等价的，即由线性定价法则可定出“前沿收益率直线”的存在以及“资本资产定价模型”成立。反之，后者之一成立，我们可找到随机折现因子 m,使得线性定价法则成立。不过这里有某些细微的条件需要明确。金融经济学第二讲73三种定价理论概述金融经济学第二讲74金融经济学第二讲75