Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Бакаев Методы статистических испытаний 2007

.pdf
Скачиваний:
57
Добавлен:
16.08.2013
Размер:
2.2 Mб
Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТCТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Н.Ю. Бакаев

Методы статистических испытаний в экономике и финансах

Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений

МОСКВА 2007

УДК 336.01(075) ББК 65.261-93я7 Б 19

Бакаев Н.Ю. Методы статистических испытаний в экономике и финансах: Учебное пособие. М.:МИФИ, 2007.– 184 с.

В данном учебном пособии рассматриваются вопросы практического решения экономико-финансовых задач на основе применения методов статистических испытаний (методов Монте-Карло). В книге изложены как общие проблемы методологии техники статистических испытаний, включая основные принципы генерации случайных чисел, так и примеры конкретного применения данной техники для целей финансовоэкономического моделирования.

Книга предназначена в первую очередь студентам и аспирантам экономико-аналитического института МИФИ, но может быть также использована финансовыми аналитиками и экономистами-менеджерами, не имеющими глубокой математической подготовки, но желающими владеть практическими приемами применения методов статистических испытаний в прикладных исследованиях.

Пособие подготовлено в рамках Инновационной образовательной программы.

Рецензент доктор физ.-мат. наук проф. А.В. Крянев

ISBN 978-5-7262-0817-6

©Московский инженерно-физический институт (государственный университет), 2007

Оглавление

Глава 1 Роль моделирования в изучении социально -

5

экономических процессов……………………………………....……

ЧАСТЬ I МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

9

МЕТОДОВ МОНТЕ-КАРЛО.................................................

Глава 2 Исторические предпосылки возникновения и

 

общие характеристики группы методов Монте-Карло………………..

11

Глава 3 Генерация случайной величины с равномерным

 

законом распределения………………..…………………………..…

19

3.1 Случайные числа и случайные цифры……………..………

20

3.2Способы генерации случайных чисел……………..………. 23

3.3Псевдослучайные числа…………………………………….. 28

3.4 Статистическая проверка случайных чисел…….…………

37

Глава 4 Генерация случайных величин с заданными

 

законами распределении…………………………………………...…

55

4.1 Метод обратных функций……………………………..……

55

4.2Моделирование нормального распределения………........... 62

4.3Моделирование многомерных случайных величин………. 64

4.4Метод суперпозиции………………….…………………...... 77

Глава 5 Стохастические дифференциальные уравнения……….. 84

5.1Дельта-функция……………………………………………... 84

5.2Случайные процессы………………………………………... 90

5.3Белый шум и винеровский процесс………………………... 93

5.4Понятие стохастических дифференциальных

уравнений………………………………………………………………….

101

5.5 Численные методы решения стохастических

 

дифференциальных уравнений…….……………………………………

113

ЧАСТЬ II ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МОНТЕ-КАРЛО

119

В ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ...

Глава 6 Анализ непрерывного потока финансовых

 

платежей…………………………………………………………......

121

6.1 Необходимые сведения из математической статистики…

121

6.2Простейший метод Монте-Карло для вычисления интегралов………………………………………………………………… 125

6.3Финансовые платежи……………………………………….. 127

Глава 7 Механические торговые системы………..………….… 130

3

7.1Вероятность получения убытка в серии последовательных сделок ……………………………………………….. 131

7.2Вероятность разорения в серии последовательных

сделок………………………………………………………………………

133

Глава 8 Моделирование работы систем массового

 

обслуживания ……………………………………………………………..

136

Глава 9 Формирование инвестиционного портфеля…………….

141

9.1 Математическая постановка задачи оптимизации

 

портфеля активов………………………………………………………….

141

9.2 Численное решение задачи оптимизации портфеля…..

150

Глава 10 Моделирование динамики финансовых активов……

157

10.1 Моделирование эволюции стоимости акций……………..

157

10.2 Моделирование стохастических процентных ставок……

162

Глава 11 Моделирование ценообразования опционов…………..

166

11.1Опционы на рынке акций…………………………………. 167

11.2Опционы на рынке облигаций……………………………. 170

Приложение 1……………………………………………………….. 175 Приложение 2……………………………………………………….. 176 Список литературы………………………………………………… 176 Предметный указатель…………………………………………..….. 179

4

Глава 1 Роль моделирования в изучении социально-экономических процессов

Внимание к различным аспектам моделирования продиктовано расширяющимися масштабами современных экономических и социальных исследований, потребностями производства и деловых кругов, усложняющейся динамикой развития общественно-экономических структур, необходимостью совершенствования планирования на всех организационных уровнях ввиду крайне высокой ответственности за последствия принимаемых управленческих решений, а также необходимостью использования в будущем уже накопленного опыта социально-экономической и финансовой деятельности. В настоящее время моделирование является одной из важнейших процедур при планировании управления как отдельными хозяйственными объектами, так и сложными социально-экономическими структурами. Успешно проведенное моделирование позволяет достоверно спрогнозировать поведение социально-экономических объектов в будущем, а значит и надежно оценить последствия принимаемых в настоящем управленческих решений.

В зависимости от уровня планирования моделирование может производиться как на макроуровне – для моделирования динамики развития отдельных государств или крупных регионов, играющих важную самостоятельную роль в рамках мирового сообщества, так и на микроуровне – от планирования финансово-хозяйственной деятельности предприятий и до прогнозирования результатов спекуляций отдельных трейдеров на валютно-финансовых биржах. Совершенствование методов моделирования в современных условиях по общепризнанному мнению базируется на развитии соответствующих информационных технологий, что, в свою очередь, обусловлено следующими причинами:

1)неуклонным ростом объемов социальноэкономической информации;

5

2)сложностью алгоритмов расчета и интерпретации результатов;

3)все возрастающими требованиями к качеству прогнозов:

4)необходимостью использования результатов моделирования для решения задач планирования и

управления (в том числе, стратегического).

Можно привести много примеров позитивных последствий социально-экономической политики государств или финансово-экономической политики отдельных компаний, осуществленной на основе качественного прогноза, который, в свою очередь, являлся следствием успешного моделирования. Механизм успеха очевиден: делая правильные предположения о том, что произойдет в будущем, можно своевременно принять эффективные корректирующие меры, рационально используя позитивные тенденции и адекватно противодействуя процессам

иявлениям, имеющим негативный характер.

Вто же время пренебрежение прогнозированием на основе модельных расчетов или некачественное прогнозирование могут привести к неправильным решениям в рамках проводимой политики и, как следствие, – к весьма плачевным последствиям. Приведем только один пример. Как сообщает журнал «Директор информационной службы» за 2001 г., компания Cisco, в свое время провозглашенная чуть ли не символом новой экономики, не только не смогла предвидеть экономический спад 2001 г., но и оказалась даже в худшем положении по сравнению с другими компаниями, так как считала свое программно-методическое обеспечение прогнозирования спроса безупречным. Менеджмент компании не предполагал, что одной из причин ее кризиса могут быть используемые модели и технологии прогнозирования. В результате допущенных аналитических просчетов было списано товаров на 2,2 млрд долларов, уволено около 20 % сотрудников, а акции компании упали в цене почти в 6 раз.

6

Таким образом, причина кризиса Cisco лежит не в задержках получения или недостаточном объеме исходной информации, необходимой для эффективной работы аналитиков компании. Трудности возникли, вероятнее всего, из-за методических ошибок и неадекватной оценки получаемых прогнозов. Как предполагают, использовавшаяся Cisco модель не обеспечивала необходимый уровень адаптации прогнозных оценок к текущему изменению рыночной ситуации.

К настоящему времени сформировалась и является общепринятой точка зрения на то, какие основные факторы обеспечивают точность, достоверность и оперативность модельных прогнозов. Это:

наличие современного программно-математического

обеспечения в сочетании с

полнотой охвата и надежностью

источников

исходной

информации, заложенной в работу

соответствующих алгоритмов;

 

возможность оперативной обработки

внутренней

(внутрифирменной) и внешней информации;

 

умение

критически

анализировать

результаты

моделирования; своевременность внесения необходимых изменений в

методическое и информационное обеспечение базовых моделей.

Что касается программно-математического обеспечения, то оно весьма существенным образом зависит от принятой социально-экономической модели со всеми ее адекватными реальностями. В рамках данной книги мы сосредоточимся исключительно на проблемах, связанных с разработкой математических моделей, возникающих в экономических и финансовых приложениях. Если говорить более точно, ограничимся на самом деле изучением так называемых методов Монте-Карло, играющих весьма важную роль при решении широкого круга финансово-экономических задач. Дальнейшее изложение книги будет разделено на две основных части. В первой части будут рассмотрены различные методологические

7

проблемы, возникающие при разработке алгоритмов на основе методов Монте-Карло, а вторая часть будет полностью посвящена приложениям указанных алгоритмов к различным задачам моделирования социально-экономической и финансовой сферы.

Всюду далее в данной книге используются широко употребительные обозначения из теории вероятностей:

Р(А) – для вероятности события А, а М[Х] и D[Х] – соответственно для математического ожидания и дисперсии случайной величины Х.1 Сами случайные величины обозначаются, как правило, прописными буквами латинского алфавита, а их реализации (элементы выборок) – соответствующими строчными буквами. В то же время по определенным причинам эта договоренность нарушалась в контексте некоторых рассуждений, например в ситуациях, когда элементы выборок необходимо было трактовать и как случайные величины. Векторные величины выделяются, как

правило, жирным

шрифтом.

Остальные

необходимые

обозначения

вводятся непосредственно

перед их

употреблением в ходе дальнейшего изложения.

 

1 В литературе можно также часто встретить обозначение Е Х, употребляемое вместо М[X].

8

ЧАСТЬ I

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

МЕТОДОВ МОНТЕ-КАРЛО