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Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Rodrigo M. Pereira Instituto de Física, UFRJ Seminário para o curso de Econofísica, PUC-RJ 29 de janeiro de 2009 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 1 / 25 Sumário 1 Volatilidade Estocástica Introdução Modelos de Volatilidade Estocástica Volatilidade Real 2 Leverage Effect 3 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? Simulando Resultados (a.k.a. Problemas) Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 2 / 25 Volatilidade Estocástica Sumário 1 Volatilidade Estocástica Introdução Modelos de Volatilidade Estocástica Volatilidade Real 2 Leverage Effect 3 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? Simulando Resultados (a.k.a. Problemas) Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 3 / 25 Volatilidade Estocástica Introdução Volatilidade Estocástica Modelo padrão de preços dR = µdt+ σdW (t) R(t) : ln [S(t)/S(0)] µ : taxa livre de risco dW (t) : processo de Wiener σ : volatilidade → constante Crash de 1987 Volatilidade constante desconsidera propriedades importantes do mercado “stylized facts”→ leverage effect, smile effect, fat tails... Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 4 / 25 Volatilidade Estocástica Introdução Volatilidade Estocástica Modelo padrão de preços dR = µdt+ σdW (t) R(t) : ln [S(t)/S(0)] µ : taxa livre de risco dW (t) : processo de Wiener σ : volatilidade → constante Crash de 1987 Volatilidade constante desconsidera propriedades importantes do mercado “stylized facts”→ leverage effect, smile effect, fat tails... Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 4 / 25 Volatilidade Estocástica Introdução Solução Volatilidade dependente do tempo Não-estacionariedade das séries financeiras → variável aleatória σ(t) = φ (X(t)) , X(t) é um processo estocástico Diferentes φ ↔ diversos modelos Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 5 / 25 Volatilidade Estocástica Introdução Solução Volatilidade dependente do tempo Não-estacionariedade das séries financeiras → variável aleatória σ(t) = φ (X(t)) , X(t) é um processo estocástico Diferentes φ ↔ diversos modelos Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 5 / 25 Volatilidade Estocástica Introdução Solução Volatilidade dependente do tempo Não-estacionariedade das séries financeiras → variável aleatória σ(t) = φ (X(t)) , X(t) é um processo estocástico Diferentes φ ↔ diversos modelos Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 5 / 25 Volatilidade Estocástica Introdução Solução Volatilidade dependente do tempo Não-estacionariedade das séries financeiras → variável aleatória σ(t) = φ (X(t)) , X(t) é um processo estocástico Diferentes φ ↔ diversos modelos Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 5 / 25 Volatilidade Estocástica Modelos Modelos de Volatilidade Estocástica dX = −γ(X − θ)dt+ √ ΓXδdW Ornstein-Uhlembeck X ≡ σ δ = 0 Hull & White X ≡ σ2 δ = 1 Heston X ≡ σ2 δ = 1/2 Log-Normal X ≡ lnσ δ = 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 6 / 25 Volatilidade Estocástica Modelos Modelos de Volatilidade Estocástica dX = −γ(X − θ)dt+ √ ΓXδdW Ornstein-Uhlembeck X ≡ σ δ = 0 Hull & White X ≡ σ2 δ = 1 Heston X ≡ σ2 δ = 1/2 Log-Normal X ≡ lnσ δ = 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 6 / 25 Volatilidade Estocástica Modelos C. Anteneodo & R. Riera dX = −γ(X − θ)Xr−1dt+ µXsdW1 + αdW2 X ≡ σ2 r, s : parâmetros Soluções estacionárias analíticas Uma cauda em lei de potência, outra exponencial C. Anteneodo & R. Riera→ duas caudas em lei de potência para r, s adequados Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 7 / 25 Volatilidade Estocástica Modelos C. Anteneodo & R. Riera dX = −γ(X − θ)Xr−1dt+ µXsdW1 + αdW2 X ≡ σ2 r, s : parâmetros Soluções estacionárias analíticas Uma cauda em lei de potência, outra exponencial C. Anteneodo & R. Riera→ duas caudas em lei de potência para r, s adequados Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 7 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Volatilidade Real Que grandeza mensurável corresponderia à volatilidade estocástica? σ(t) = | lnS(t)− lnS(t− 1)| ≡ |r(t)| ⇒ série muito ruidosa σ(t) = √ nτ DesvPad[r(τ)] , τ : escala com maior resolução Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 8 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Volatilidade Real Que grandeza mensurável corresponderia à volatilidade estocástica? σ(t) = | lnS(t)− lnS(t− 1)| ≡ |r(t)| ⇒ série muito ruidosa σ(t) = √ nτ DesvPad[r(τ)] , τ : escala com maior resolução Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 8 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Volatilidade Real Que grandeza mensurável corresponderia à volatilidade estocástica? σ(t) = | lnS(t)− lnS(t− 1)| ≡ |r(t)| ⇒ série muito ruidosa σ(t) = √ nτ DesvPad[r(τ)] , τ : escala com maior resolução Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 8 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Volatilidade Real Que grandeza mensurável corresponderia à volatilidade estocástica? σ(t) = | lnS(t)− lnS(t− 1)| ≡ |r(t)| ⇒ série muito ruidosa σ(t) = √ nτ DesvPad[r(τ)] , τ : escala com maior resolução Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 8 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Volatilidade Real Que grandeza mensurável corresponderia à volatilidade estocástica? σ(t) = | lnS(t)− lnS(t− 1)| ≡ |r(t)| ⇒ série muito ruidosa σ(t) = √ nτ DesvPad[r(τ)] , τ : escala com maior resolução Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 8 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Fitting Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 9 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Fitting Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 9 / 25 Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Pergunta: E o preço? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 10 / 25 Leverage Effect Sumário 1 Volatilidade Estocástica Introdução Modelos de Volatilidade Estocástica Volatilidade Real 2 Leverage Effect 3 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? Simulando Resultados (a.k.a. Problemas) Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 11 / 25 Leverage Effect Leverage Effect 1976, F. Black (o próprio) Correlação negativa entre volatilidade e preço: volatilidade tende a aumentar quando o preço cai Razão: Preço diminui→ aumenta o risco da empresa operar alavancada→ volatilidade sobe ⇒ leverage effect O segredo de Tostines Preço cai e volatilidade aumenta ou volatilidade aumenta e preço cai? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 12 / 25 Leverage Effect Leverage Effect 1976, F. Black (o próprio) Correlação negativa entre volatilidade e preço: volatilidade tende a aumentar quando o preço cai Razão: Preço diminui→ aumenta o risco da empresa operar alavancada→ volatilidade sobe ⇒ leverage effect O segredo de Tostines Preço cai e volatilidade aumenta ou volatilidade aumenta e preço cai?Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 12 / 25 Leverage Effect Leverage Effect 1976, F. Black (o próprio) Correlação negativa entre volatilidade e preço: volatilidade tende a aumentar quando o preço cai Razão: Preço diminui→ aumenta o risco da empresa operar alavancada→ volatilidade sobe ⇒ leverage effect O segredo de Tostines Preço cai e volatilidade aumenta ou volatilidade aumenta e preço cai? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 12 / 25 Leverage Effect O último PRL... A função Leverage L(τ) = 〈[δR(t+ τ)] 2δR(t)〉 〈δR(t)2〉2 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 13 / 25 Leverage Effect O último PRL... A função Leverage L(τ) = 〈[δR(t+ τ)] 2δR(t)〉 〈δR(t)2〉2 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 13 / 25 Leverage Effect O último PRL... A função Leverage L(τ) = 〈[δR(t+ τ)] 2δR(t)〉 〈δR(t)2〉2 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 13 / 25 Leverage Effect O último PRL... A função Leverage L(τ) = 〈[δR(t+ τ)] 2δR(t)〉 〈δR(t)2〉2 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 13 / 25 Leverage Effect O último PRL... A função Leverage L(τ) = 〈[δR(t+ τ)] 2δR(t)〉 〈δR(t)2〉2 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 13 / 25 Leverage Effect Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 14 / 25 Leverage Effect Fitting: L(τ) = −Ae−bτ , se τ > 0;0, se τ < 0; Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 15 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Sumário 1 Volatilidade Estocástica Introdução Modelos de Volatilidade Estocástica Volatilidade Real 2 Leverage Effect 3 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? Simulando Resultados (a.k.a. Problemas) Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 16 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? De volta à pergunta: e o preço? Generalização imediata σ(t) = φ(Y (t)), dY = f(Y )dt+ g(Y )dW2(t)dR = µdt+ σ(t)dW1(t) Leverage effect Correlação entre dW1 e dW2! dW1(t) = ρ dW2(t) + √ 1− ρ2 dW (t), dW : processo independente Revelando o código Tostines L(τ) ∼ 〈σ(t+ τ)2 dW1(t+ τ)2 σ(t) dW1(t)〉 Se τ < 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t)〉 = 0 Se τ > 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t+ τ)2〉 = dt 6= 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 17 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? De volta à pergunta: e o preço? Generalização imediata σ(t) = φ(Y (t)), dY = f(Y )dt+ g(Y )dW2(t)dR = µdt+ σ(t)dW1(t) Leverage effect Correlação entre dW1 e dW2! dW1(t) = ρ dW2(t) + √ 1− ρ2 dW (t), dW : processo independente Revelando o código Tostines L(τ) ∼ 〈σ(t+ τ)2 dW1(t+ τ)2 σ(t) dW1(t)〉 Se τ < 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t)〉 = 0 Se τ > 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t+ τ)2〉 = dt 6= 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 17 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? De volta à pergunta: e o preço? Generalização imediata σ(t) = φ(Y (t)), dY = f(Y )dt+ g(Y )dW2(t)dR = µdt+ σ(t)dW1(t) Leverage effect Correlação entre dW1 e dW2! dW1(t) = ρ dW2(t) + √ 1− ρ2 dW (t), dW : processo independente Revelando o código Tostines L(τ) ∼ 〈σ(t+ τ)2 dW1(t+ τ)2 σ(t) dW1(t)〉 Se τ < 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t)〉 = 0 Se τ > 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t+ τ)2〉 = dt 6= 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 17 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? De volta à pergunta: e o preço? Generalização imediata σ(t) = φ(Y (t)), dY = f(Y )dt+ g(Y )dW2(t)dR = µdt+ σ(t)dW1(t) Leverage effect Correlação entre dW1 e dW2! dW1(t) = ρ dW2(t) + √ 1− ρ2 dW (t), dW : processo independente Revelando o código Tostines L(τ) ∼ 〈σ(t+ τ)2 dW1(t+ τ)2 σ(t) dW1(t)〉 Se τ < 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t)〉 = 0 Se τ > 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t+ τ)2〉 = dt 6= 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 17 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? De volta à pergunta: e o preço? Generalização imediata σ(t) = φ(Y (t)), dY = f(Y )dt+ g(Y )dW2(t)dR = µdt+ σ(t)dW1(t) Leverage effect Correlação entre dW1 e dW2! dW1(t) = ρ dW2(t) + √ 1− ρ2 dW (t), dW : processo independente Revelando o código Tostines L(τ) ∼ 〈σ(t+ τ)2 dW1(t+ τ)2 σ(t) dW1(t)〉 Se τ < 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t)〉 = 0 Se τ > 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t+ τ)2〉 = dt 6= 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 17 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? De volta à pergunta: e o preço? Generalização imediata σ(t) = φ(Y (t)), dY = f(Y )dt+ g(Y )dW2(t)dR = µdt+ σ(t)dW1(t) Leverage effect Correlação entre dW1 e dW2! dW1(t) = ρ dW2(t) + √ 1− ρ2 dW (t), dW : processo independente Revelando o código Tostines L(τ) ∼ 〈σ(t+ τ)2 dW1(t+ τ)2 σ(t) dW1(t)〉 Se τ < 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t)〉 = 0 Se τ > 0, então L(τ) ∼ 〈dW1(t+ τ)2〉 = dt 6= 0 Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 17 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Simulando Simulando Ideia: simular as equações→ série artificial de preços em diversos modelos de VE→ análise e medida de leverage R(t+ dt) = R(t) + dR = R(t) + µdt+ σ(t)η1 √ dt Y (t+ dt) = Y (t) + dY = Y (t) + f(Y )dt+ g(Y )η2 √ dt Problema: parâmetros dos modelos de volatilidade Solução (contendo uma penca de outros problemas): fitting ⇓ Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 18 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Simulando Simulando Ideia: simular as equações→ série artificial de preços em diversos modelos de VE→ análise e medida de leverage R(t+ dt) = R(t) + dR = R(t) + µdt+ σ(t)η1 √ dt Y (t+ dt) = Y (t) + dY = Y (t) + f(Y )dt+ g(Y )η2 √ dt Problema: parâmetros dos modelos de volatilidade Solução (contendo uma penca de outros problemas): fitting ⇓ Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 18 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Simulando Simulando Ideia: simular as equações→ série artificial de preços em diversos modelos de VE→ análise e medida de leverage R(t+ dt) = R(t) + dR = R(t) + µdt+ σ(t)η1 √ dt Y (t+ dt) = Y (t) + dY = Y (t) + f(Y )dt+ g(Y )η2 √ dt Problema: parâmetros dos modelos de volatilidade Solução (contendo uma penca de outros problemas): fitting ⇓ Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 18 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Simulando Simulando Ideia: simular as equações→ série artificial de preços em diversos modelos de VE→ análise e medida de leverage R(t+ dt) = R(t) + dR = R(t) + µdt+ σ(t)η1 √ dt Y (t+ dt) = Y (t) + dY = Y (t) + f(Y )dt+ g(Y )η2 √ dt Problema: parâmetros dos modelos de volatilidade Solução (contendo uma penca de outros problemas): fitting ⇓ Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 18 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 19 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Problemas... Parâmetros demais Exemplo: Modelo Hull & White: dX = −γ(X − θ)dt+ √ ΓXdW → três parâmetros P (V ) = A e−θβ/V 2 V 2β+3 , β = 2γ/Γ → dois parâmetros independentes Frase da aula, na íntegra “Obs: a razão γ/Γ é o parametro relevante do processo, fornecendo o valor relativo dos parâmetrosde desordem Γ e de ordem γ.” Solução dependente do tempo resolveria? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 20 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Problemas... Parâmetros demais Exemplo: Modelo Hull & White: dX = −γ(X − θ)dt+ √ ΓXdW → três parâmetros P (V ) = A e−θβ/V 2 V 2β+3 , β = 2γ/Γ → dois parâmetros independentes Frase da aula, na íntegra “Obs: a razão γ/Γ é o parametro relevante do processo, fornecendo o valor relativo dos parâmetros de desordem Γ e de ordem γ.” Solução dependente do tempo resolveria? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 20 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Problemas... Parâmetros demais Exemplo: Modelo Hull & White: dX = −γ(X − θ)dt+ √ ΓXdW → três parâmetros P (V ) = A e−θβ/V 2 V 2β+3 , β = 2γ/Γ → dois parâmetros independentes Frase da aula, na íntegra “Obs: a razão γ/Γ é o parametro relevante do processo, fornecendo o valor relativo dos parâmetros de desordem Γ e de ordem γ.” Solução dependente do tempo resolveria? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 20 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Problemas... Parâmetros demais Exemplo: Modelo Hull & White: dX = −γ(X − θ)dt+ √ ΓXdW → três parâmetros P (V ) = A e−θβ/V 2 V 2β+3 , β = 2γ/Γ → dois parâmetros independentes Frase da aula, na íntegra “Obs: a razão γ/Γ é o parametro relevante do processo, fornecendo o valor relativo dos parâmetros de desordem Γ e de ordem γ.” Solução dependente do tempo resolveria? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 20 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 21 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) E mais problemas... Condição inicial: σ(0) = ? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 22 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) E mais problemas... Condição inicial: σ(0) = ? Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 22 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Leverage = panic Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 23 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Leverage positivo Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 24 / 25 Volatilidade Estocástica & Leverage Effect Resultados (a.k.a. Problemas) Séries temporais: Modelo de Hull-White Rodrigo Pereira (IF-UFRJ) Volatilidade estocástica & leverage effect Seminário de Econofísica 25 / 25 Volatilidade Estocástica Introdução Modelos de Volatilidade Estocástica Volatilidade Real Leverage Effect Volatilidade Estocástica & Leverage Effect E o preço? Simulando Resultados (a.k.a. Problemas)
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