第7章 随机利率模型 ppt课件
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第7章 随机利率模型 【考试要求】 7.1 引言 相关概念 利率模型的评价标准 均衡模型与无套利模型 7.2 Ho-Lee模型 Ho-Lee模型 Ho-Lee模型的应用 7.3 连续时间随机利率模型下零息债券的定价 随机利率模型的一般形式及零息债券价格满足的随机微分方程 利率风险的市场价格 零息债券价格满足的偏微分方程 基于鞅方法的零息债券定价公式
§7.2 Ho-Lee模型 1．Ho-Lee模型（假定市场是完备的、考虑离散时间） 该模型假定初始利率期限结构是已知的，使用了当前可观测的期限结构所包含的全部信息来给衍生证券定价， 以保证不出现套利机会，是无套利模型。 sn ：第n期市场的状态空间；
Di(n) (T )（贴现函数）：第n期、状态 i sn 出现、到期时刻为T的零息票债券的价格。 在任意时刻n、状态i，利率期限结构由一系列贴现函数来完全描述。其中贴现函数 Di(n) ( )满足：
说明：当期限[T，S]无限小时单利和复利相等。
【例题7.1】零息债券的远期利率由表达式f(0，T)=0.05+0.01T给出，其中T为年数。面值为100美元，到期以面 值赎回，则到期日为5年的零息债券的价格为（ ）。
A．94.65 B．88.69 C．68.73 D．36.79 E．25.36 【答案】C 【解析】到期日为5年的零息债券的价格为：
有1单位货币，即
A
(T
)
1
，需在0时刻投入
A
1 (T
)
单位的货币，这笔金额在t时刻银行账户的价值为：A
(t)
(t) (T )
所以，T时刻的1单位货币，在t时刻的价值为 (t) 。 (T )
（3）连续复利收益率 用B(t，T)表示T时刻到期的零息票债券1单位面值在t时刻的价格。连续复利收益率R(t，T)定义为： 由这个等式可以推出：
7.4 Vasicek模型 Vasicek模型及模型求解 Vasicek模型下的债券的定价 7.5 CIR模型 CIR模型及模型求解 CIR模型下债券的定价 7.6 单因素模型的局限性 单因素模型的局限 多因素模型简介
百度文库
【要点详解】 §7.1 引言
1．相关概念 （1）银行账户过程 定义 (t)为t时刻银行账户过程(的价值)。假设β(0)=1，且银行账户满足以下的微分方程：
第一个条件表明零息票债券的价格非负，第二个条件表明到期时零息票债券的价格为1，第三个条件表明期限 无限长的零息债券的价格为零。
（1）Ho-Lee模型的贴现函数在二叉树模型下的变动情况 Ho-Lee模型的贴现函数在二叉树模型下的变动情况为：在第n期，贴现函数有n+1中可能状态。贴现函数的每个 状态都都独立于通向该节点的路径，仅由初始点到该节点之间的向上移动和向下移动的次数决定。 在该二叉树模型中，每个节点对应一组折现率，因此每个节点都对应一组与之关联的各种零息债券的价格。
R(t，T)是零息债券在[t，T]上的平均收益率。 说明：尽管B(t，T)与D(t，T)二者都是从T到t的贴现因子，但B(t，T)在t时刻是一个数，而D(t，T)则可能是一个 随机变量。
（4）远期单利和远期复利 t时刻的期限为[T，S] (T<S)的远期单利 Fl (t,T , S ) 的定义为：
t时刻的期限为[T，S] (T<S)的远期复利Fc (t,T , S) 的定义为：
图7-1 零息债券价格的二叉树模型
（2）极限情况下，Ho-Lee模型下的短期利率 在极限情况下，Ho-Lee模型下的短期利率满足：
drt a(t)dt dWt 其中，a(t) 为时间t的函数，描述了 rt 变动的趋势； 为一常数，描述了利率的波动幅度；Wt 为标准布朗运动。
5
5
B(0,5)
100e
0
f (0,t )dt
100e
0
(0.050.01t
)
dt
68.73（美元）
2．利率模型的评价标准 利率模型能够满足一些优良的性质，这些优良的性质包括： （1）模型应该是无套利的。即利率应该是非负的。 （2）利率应该具有均值回复特征。即利率围绕某一均值波动，如利率超过均值，则在未来有下降的趋势；反 之，如低于均值，则未来有上升的趋势。 （3）被用于计算债券以及利率衍生品价格时应较为简单。 （4）应该是动态的，能充分反映市场利率的变化。 （5）参数容易估计，且模型能较好的拟合历史数据。 （6）有明显的经济意义。 说明：许多常用的随机利率模型只具有上面的部分性质，但在实际应用中往往忽略模型的某些缺陷。
d (t) rt (t)dt 其中 rt 是瞬时利率。由上式可以进一步的推出：
说明：如果瞬时利率rt是随机的，银行账户过程 (t)也是随机的。
（2）随机折现因子 ①在t时刻到T时刻的随机折现因子D(t，T)是：
②随机折现因子的含义 假设在0时刻向银行账户存入A单位货币，则在t>0时刻银行账户将有 A 单(t )位货币。若希望在T(T>t)时银行账户
说明：Fl (t,T , S ) 和 Fc (t,T , S) 是基于t时刻的信息对未来的期限为[T，S]的即期单利和即期复利的预期值。
（5）远期瞬时利率 远期瞬时利率的定义为： 由定义可知 rt f (t,t) 。 由上面的等式可以推出，零息债券的价格可表示为：
这个式子结合 R(t,T ) ln B(t,T ) 可以推出： T t
3．均衡模型与无套利模型 （1）均衡利率模型（绝对定价模型） 可以对债券和利率衍生品定价。由于货币市场和资本市场的复杂性，单因素均衡模型推导出来的收益率曲线一 般不能精确地拟合实际的收益率曲线，所以实际中也常常采用多因素模型。 单因素模型：是指模型中只涉及一个布朗运动，或者说模型只有一个风险源； 多因素模型：是指涉及多个布朗运动，因而对应了多个风险源。 说明：在均衡模型中，远期利率是由随机模型预测得到； （2）无套利模型（相对定价模型或拟合模型） 基本思想是基于已知的市场债券或其他利率衍生品的价格构造收益率曲线，再利用得到的收益率曲线对其他的 利率衍生品定价。基于无套利模型得到的价格是一种相对价格，即相对于已知的价格的无套利价格。 说明：在无套利模型中，远期利率是通过债券或某些利率衍生品的价格得到。
§7.2 Ho-Lee模型 1．Ho-Lee模型（假定市场是完备的、考虑离散时间） 该模型假定初始利率期限结构是已知的，使用了当前可观测的期限结构所包含的全部信息来给衍生证券定价， 以保证不出现套利机会，是无套利模型。 sn ：第n期市场的状态空间；
Di(n) (T )（贴现函数）：第n期、状态 i sn 出现、到期时刻为T的零息票债券的价格。 在任意时刻n、状态i，利率期限结构由一系列贴现函数来完全描述。其中贴现函数 Di(n) ( )满足：
说明：当期限[T，S]无限小时单利和复利相等。
【例题7.1】零息债券的远期利率由表达式f(0，T)=0.05+0.01T给出，其中T为年数。面值为100美元，到期以面 值赎回，则到期日为5年的零息债券的价格为（ ）。
A．94.65 B．88.69 C．68.73 D．36.79 E．25.36 【答案】C 【解析】到期日为5年的零息债券的价格为：
有1单位货币，即
A
(T
)
1
，需在0时刻投入
A
1 (T
)
单位的货币，这笔金额在t时刻银行账户的价值为：A
(t)
(t) (T )
所以，T时刻的1单位货币，在t时刻的价值为 (t) 。 (T )
（3）连续复利收益率 用B(t，T)表示T时刻到期的零息票债券1单位面值在t时刻的价格。连续复利收益率R(t，T)定义为： 由这个等式可以推出：
7.4 Vasicek模型 Vasicek模型及模型求解 Vasicek模型下的债券的定价 7.5 CIR模型 CIR模型及模型求解 CIR模型下债券的定价 7.6 单因素模型的局限性 单因素模型的局限 多因素模型简介
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【要点详解】 §7.1 引言
1．相关概念 （1）银行账户过程 定义 (t)为t时刻银行账户过程(的价值)。假设β(0)=1，且银行账户满足以下的微分方程：
第一个条件表明零息票债券的价格非负，第二个条件表明到期时零息票债券的价格为1，第三个条件表明期限 无限长的零息债券的价格为零。
（1）Ho-Lee模型的贴现函数在二叉树模型下的变动情况 Ho-Lee模型的贴现函数在二叉树模型下的变动情况为：在第n期，贴现函数有n+1中可能状态。贴现函数的每个 状态都都独立于通向该节点的路径，仅由初始点到该节点之间的向上移动和向下移动的次数决定。 在该二叉树模型中，每个节点对应一组折现率，因此每个节点都对应一组与之关联的各种零息债券的价格。
R(t，T)是零息债券在[t，T]上的平均收益率。 说明：尽管B(t，T)与D(t，T)二者都是从T到t的贴现因子，但B(t，T)在t时刻是一个数，而D(t，T)则可能是一个 随机变量。
（4）远期单利和远期复利 t时刻的期限为[T，S] (T<S)的远期单利 Fl (t,T , S ) 的定义为：
t时刻的期限为[T，S] (T<S)的远期复利Fc (t,T , S) 的定义为：
图7-1 零息债券价格的二叉树模型
（2）极限情况下，Ho-Lee模型下的短期利率 在极限情况下，Ho-Lee模型下的短期利率满足：
drt a(t)dt dWt 其中，a(t) 为时间t的函数，描述了 rt 变动的趋势； 为一常数，描述了利率的波动幅度；Wt 为标准布朗运动。
5
5
B(0,5)
100e
0
f (0,t )dt
100e
0
(0.050.01t
)
dt
68.73（美元）
2．利率模型的评价标准 利率模型能够满足一些优良的性质，这些优良的性质包括： （1）模型应该是无套利的。即利率应该是非负的。 （2）利率应该具有均值回复特征。即利率围绕某一均值波动，如利率超过均值，则在未来有下降的趋势；反 之，如低于均值，则未来有上升的趋势。 （3）被用于计算债券以及利率衍生品价格时应较为简单。 （4）应该是动态的，能充分反映市场利率的变化。 （5）参数容易估计，且模型能较好的拟合历史数据。 （6）有明显的经济意义。 说明：许多常用的随机利率模型只具有上面的部分性质，但在实际应用中往往忽略模型的某些缺陷。
d (t) rt (t)dt 其中 rt 是瞬时利率。由上式可以进一步的推出：
说明：如果瞬时利率rt是随机的，银行账户过程 (t)也是随机的。
（2）随机折现因子 ①在t时刻到T时刻的随机折现因子D(t，T)是：
②随机折现因子的含义 假设在0时刻向银行账户存入A单位货币，则在t>0时刻银行账户将有 A 单(t )位货币。若希望在T(T>t)时银行账户
说明：Fl (t,T , S ) 和 Fc (t,T , S) 是基于t时刻的信息对未来的期限为[T，S]的即期单利和即期复利的预期值。
（5）远期瞬时利率 远期瞬时利率的定义为： 由定义可知 rt f (t,t) 。 由上面的等式可以推出，零息债券的价格可表示为：
这个式子结合 R(t,T ) ln B(t,T ) 可以推出： T t
3．均衡模型与无套利模型 （1）均衡利率模型（绝对定价模型） 可以对债券和利率衍生品定价。由于货币市场和资本市场的复杂性，单因素均衡模型推导出来的收益率曲线一 般不能精确地拟合实际的收益率曲线，所以实际中也常常采用多因素模型。 单因素模型：是指模型中只涉及一个布朗运动，或者说模型只有一个风险源； 多因素模型：是指涉及多个布朗运动，因而对应了多个风险源。 说明：在均衡模型中，远期利率是由随机模型预测得到； （2）无套利模型（相对定价模型或拟合模型） 基本思想是基于已知的市场债券或其他利率衍生品的价格构造收益率曲线，再利用得到的收益率曲线对其他的 利率衍生品定价。基于无套利模型得到的价格是一种相对价格，即相对于已知的价格的无套利价格。 说明：在无套利模型中，远期利率是通过债券或某些利率衍生品的价格得到。