Finansiell statistik FÖRELÄSNING 11

Relevanta dokument
Föreläsning 11. Slumpvandring och Brownsk Rörelse. Patrik Zetterberg. 11 januari 2013

Matematisk statistik 9hp Föreläsning 7: Normalfördelning

Föreläsning 1. Repetition av sannolikhetsteori. Patrik Zetterberg. 6 december 2012

Wienerprocesser. Finansiell statistik, vt-05. Enkel slumpvandring. Enkel slumpvandring. Varför: model för aktiekurs (dock med aber...

Laboration 4: Stora talens lag, Centrala gränsvärdessatsen och enkla punktskattningar

SF1920/SF1921 Sannolikhetsteori och statistik 6,0 hp Föreläsning 3 Diskreta stokastiska variabler. Jörgen Säve-Söderbergh

SF1911: Statistik för bioteknik

4 Diskret stokastisk variabel

Föreläsning 11: Mer om jämförelser och inferens

SF1920/SF1921 Sannolikhetsteori och statistik 6,0 hp Föreläsning 6 Väntevärden Korrelation och kovarians Stora talens lag. Jörgen Säve-Söderbergh

Stokastiska Processer och ARIMA. Patrik Zetterberg. 19 december 2012

TMS136. Föreläsning 4

Stokastiska processer med diskret tid

Matematisk statistik för D, I, Π och Fysiker

Jörgen Säve-Söderbergh

SF1901: SANNOLIKHETSTEORI OCH KONTINUERLIGA STOKASTISKA VARIABLER STATISTIK. Tatjana Pavlenko. 7 september 2016

Matematisk statistik 9hp Föreläsning 5: Summor och väntevärden

Bengt Ringnér. October 30, 2006

Kapitel 7 Samplingfördelningar och Centrala gränsvärdessatsen

FMSF55: Matematisk statistik för C och M OH-bilder på föreläsning 5, a 2 e x2 /a 2, x > 0 där a antas vara 0.6.

Föreläsning 3. Kapitel 4, sid Sannolikhetsfördelningar

Statistik 1 för biologer, logopeder och psykologer

Föreläsningsmanus i matematisk statistik för lantmätare, vecka 5 HT06

P(X nk 1 = j k 1,..., X n0 = j 0 ) = j 1, X n0 = j 0 ) P(X n0 = j 0 ) = etc... P(X n0 = j 0 ) ... P(X n 1

Bengt Ringnér. September 20, Detta är föreläsningsmanus på lantmätarprogrammet LTH vecka 5 HT07.

Föreläsning 5, FMSF45 Summor och väntevärden

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Föreläsning 5, Matematisk statistik Π + E

Matematisk statistik för B, K, N, BME och Kemister

(x) = F X. och kvantiler

Övning 1 Sannolikhetsteorins grunder

Veckoblad 3. Kapitel 3 i Matematisk statistik, Blomqvist U.

TMS136. Föreläsning 5

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, HT 2008) Föreläsning 3

BIOSTATISTISK GRUNDKURS, MASB11, VT-16, VT2 ÖVNING 3, OCH INFÖR ÖVNING 4

Resultat till ett försök är ofta ett tal. Talet kallas en stokastisk variabel (kortare s. v.).

TMS136. Föreläsning 5

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

F5 STOKASTISKA VARIABLER (NCT , samt del av 5.4)

Markovprocesser SF1904

Markovkedjor. Patrik Zetterberg. 8 januari 2013

Finansiell statistik. Multipel regression. 4 maj 2011

Föreläsning 7: Punktskattningar

Summor av slumpvariabler

SF1922/SF1923: SANNOLIKHETSTEORI OCH DISKRETA STOKASTISKA VARIABLER STATISTIK. Tatjana Pavlenko. 23 mars, 2018

Stokastiska processer och simulering I 24 maj

Veckoblad 3. Kapitel 3 i Matematisk statistik, Dahlbom, U.

FMSF55: Matematisk statistik för C och M OH-bilder på föreläsning 9,

Kapitel 4. Kontinuerliga slumpvariabler och deras sannolikhetsfördelningar. Sannolikhetslära och inferens II

Del I. Uppgift 1 Låt X och Y vara stokastiska variabler med följande simultana sannolikhetsfunktion: p X,Y ( 2, 1) = 1

Tentamen LMA 200 Matematisk statistik,

Matematisk statistik för D, I, Π och Fysiker

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Stockholms Universitet Statistiska institutionen Patrik Zetterberg

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

Föreläsning 7: Punktskattningar

0 om x < 0, F X (x) = x. 3 om 0 x 1, 1 om x > 1.

FACIT: Tentamen L9MA30, LGMA30

Grundläggande matematisk statistik

Föreläsning 6, Repetition Sannolikhetslära

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341, STN2) kl 08-12

Avd. Matematisk statistik

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

Finansiell statistik, vt-05. Kontinuerliga s.v. variabler. Kontinuerliga s.v. F7 Kontinuerliga variabler

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

F9 Konfidensintervall

P =

19.1 Funktioner av stokastiska variabler

e x/1000 för x 0 0 annars

TMS136. Föreläsning 10

F9 SAMPLINGFÖRDELNINGAR (NCT

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

1 Mätdata och statistik

Preliminärt lösningsförslag - omtentamen i Finansiell statistik,

Matematisk statistik för D, I, Π och Fysiker

(a) Avgör om A och B är beroende händelser. (5 p) (b) Bestäm sannolikheten att A inträffat givet att någon av händelserna A och B inträffat.

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

Tentamen i Statistik, STA A13 Deltentamen 2, 5p 21 januari 2006, kl

Stokastiska Processer

Första sidan är ett försättsblad (laddas ned från kurshemsidan) Alla frågor som nns i uppgiftstexten är besvarade

SF1901: SANNOLIKHETSTEORI OCH STATISTIKTEORI KONSTEN ATT DRA INTERVALLSKATTNING. STATISTIK SLUTSATSER. Tatjana Pavlenko.

Enklare matematiska uppgifter

Stokastiska vektorer och multivariat normalfördelning

Föreläsning 4: Konfidensintervall (forts.)

(a) på hur många sätt kan man permutera ordet OSANNOLIK? (b) hur många unika 3-bokstavskombinationer kan man bilda av OSANNO-

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

Konvergens och Kontinuitet

Monte Carlo-metoder. Bild från Monte Carlo

Matematisk statistik 9 hp Föreläsning 6: Linjärkombinationer

Markovprocesser SF1904

Föreläsning 7: Punktskattningar

1. För tiden mellan två besök gäller. V(X i ) = 1 λ 2 = 25. X i Exp (λ) E(X i ) = 1 λ = 5s λ = 1 5

Kap 2. Sannolikhetsteorins grunder

1. En kortlek består av 52 kort, med fyra färger och 13 valörer i varje färg.

SF1901: Sannolikhetslära och statistik. Flera stokastiska variabler.

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning, del I

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning, del I

Tentamen LMA 200 Matematisk statistik,

Transkript:

Finansiell statistik FÖRELÄSNING 11 Slumpvandring Brownsk rörelse 4 maj 2011 14:52

Pär och Pål Pär och Pål spelar ett hasardspel mot varandra upprepade gånger. Pär vinner = Pål betalar en krona. Pål vinner = Pär betalar en krona. P (Pär vinner) = P (Pål vinner) = 1/2. Spelet rättvist. Låt X i = Pärs sammanlagda vinst efter i spel

Enkel slumpvandring En stokastisk process där i varje steg processen antingen går upp ett steg eller ned ett steg kallas enkel slumpvandring. Sannolikheterna för de båda alternativen är en halv. Givet värdet på processen i tidpunkten i, X i, beror inte framtida värden på processens tidigare värden X i 1, X i 2,.... Den enkla slumpvandringen är en Markovkedja.

Tio spelomgångar Låt Markovkedjans tillstånd vara antal kronor Pär har i sin plånbok. Spelomgång Utfall Totalt kapital (för Pär) 0 0 1 1 1 2 1 2 3 1 3 4-1 2 5-1 1 6-1 0 7 1 1 8 1 2 9-1 1 10 1 2

Tio spelomgångar

Gambler's ruin Antag att spelaren har ett kapital på x kronor. Motståndaren har ett kapital på b x kronor. Det nns alltså b kronor att spela om. Villkoren för spelet är som Pär och Pål ovan, förutom att vinstsannolikheterna är allmänna: P (spelaren vinner) = p och P (motspelaren vinner) = q, p+q = 1. Spelet fortsätter tills spelarens kapital är 0 (ruin) eller b (triumf). Vad är sannolikheten h(x) att spelaren blir ruinerad då han har x kronor att spela med?

Gambler's ruin: lösning Man kan visa att h(x) = ( q p ) x ( ( 1 q p ) b q p ) b, om p q. Dessutom att h(x) = 1 x b, om p = q = 1/2.

Gambler's ruin: lösning

Exempel Vilket är mest riskabelt? Att spela mot någon som sätter in lika mycket som du själv om (a) x = 10 med vinstchans p = 0.49 (b) x = 100 000 med vinstchans p = 0.50 Lösning I (a) är b = 20 och formeln ger ruinsannolikheten h(10) = ( 0.51 0.49 ) 10 ( ) 0.51 20 0.49 1 ( ) 0.51 20 = 0.5687, 0.49 medan den andra formeln h(100 000) = 1 100 000 200 000 = 0.50.

Spelarens vinstchans Vi kan även beräkna spelarens vinstchans då han startar med ett kapital på x kronor. Sätt g(x) = P (Pärs kapital är lika med b då han startar med x kronor). Från ovan har vi att g(x) = 1 h(x). Exempel Om x = 10 med vinstchans p = 0.49, vad är vinstchansen? g(10) = 1 h(10) = 1 0.5687 = 0.4313.

En slumpvandring Låt istället P (X = 3) = 0.10 och P (X=-1/3) = 0.90. När Pär vinner får han 3 kronor. När Pär förlorar betalar han (endast) 33.33 öre. Men sannolikheten för vinst är (endast) 10%. Sannolikheten för förlust är (väldiga) 90%.

Tio spelomgångar med andra vinstchanser Spelomgång Utfall Totalt kapital (för Pär) 0 0 1-0.3333-0.3333 2 3.0000 2.6667 3-0.3333 2.3333 4-0.3333 2.0000 5-0.3333 1.6667 6-0.3333 1.3333 7-0.3333 1.0000 8-0.3333 0.6667 9-0.3333 0.3333 10 3.0000 3.3333

Tio spelomgångar

Fördelningen för varje steg i den enkla slumpvandringen Låt X = processens steg i en viss tidpunkt. I den enkla slumpvandringen hade vi Då blir [se NCT sid 165] P (X = 1) = P (X=-1) = 1/2. E(X ) = 1 1 2 + ( 1) 1 2 = 0, samt [Alltså blir V (X ) = E(X 2 ). Se NCT sid 166 (4.6)] V (X ) = 1 2 1 2 + ( 1)2 1 2 = 1.

Fördelningen för varje steg i den (andra) slumpvandringen Låt istället P (X = 3) = 0.10 och P (X=-1/3) = 0.90. Då har vi samt E(X ) = 3 V (X ) = 3 2 1 10 + ( 1 3 ) 9 10 = 0, 1 10 + ( 1 9 3 )2 10 = 1.

Fördelningen spelar ingen roll - endast momenten Bägge fördelningarna för stegen har samma väntevärde och varians (sammma moment). Om vi i bägge fördelningarna tar kortare och kortare steg av längden 1/ n; med mindre och mindre tidsintervall; i varje 1/n tidsenheter, så då antalet steg n blir stort kommer bägge slumpvandringarna att konvergera mot en stokastisk process som kallas Brownsk rörelse. På sidorna 2-3 i avsnitt 2.2 i del II av kompendiet ger Rolf Larsson en alternativ trolig förklaring till varför slumpvandringar och Brownsk rörelse hänger intimt samman.

Brownsk rörelse / Wienerprocessen. Denition Om X (t) är en stokastisk process med nedanstående egenskaper 1 X (0) = 0 2 E(X (t)) = 0 för alla t 3 V (X (t)) = σ 2 t för alla t 4 X (t) är normalfördelad för alla t 5 X (t) har oberoende ökningar, d.v.s för tidpunkter t 1 < t 2 t 3 < t 4 gäller att X (t 2 ) X (t 1 ) och X (t 4 ) X (t 3 ) är oberoende stokastiska variabler. Alternativt, processens ökningar kan inte förutsägas. Om man vet hur förloppet har varit fram till en viss tidpunkt så säger det ingenting om det fortsatta förloppet. För alla t är X (t) N(0, tσ 2 )

Brownsk rörelse med drift Om vi ersätter 2 med E(X (t)) = ct har vi Brownsk rörelse med drift. 1 X (0) = 0 2 E(X (t)) = ct för alla t 3 V (X (t)) = σ 2 t för alla t 4 X (t) är normalfördelad för alla t 5 X (t) har oberoende ökningar, d.v.s för tidpunkter t 1 < t 2 t 3 < t 4 gäller att X (t 2 ) X (t 1 ) och X (t 4 ) X (t 3 ) är oberoende stokastiska variabler. För alla t är X (t) N(ct, tσ 2 )

Geometrisk brownsk rörelse Om Y (t) är brownsk rörelse med driftkoecient c och varianskoecient σ 2, så kallas processen geometrisk brownsk rörelse. X (t) = e Y (t)

Ekvationer, dierentialekvationer och stokastiska dierentialekvationer I EKVATIONER Välbekant. Ekvationen 2x = 4 löses av x = 2 (ett tal). DIFFERENTIALEKVATIONER (Se Sydsæter/Hammond sid. 326.) Låt f (t) beteckna en funktion av tiden. Kvoten f (t) f (t) kallas den relativa förändringshastigheten av funktionen vid tidpunkten t. Ibland tänker man sig att den relativa förändringshastigheten är konstant, d.v.s. f (t) f (t) = r f (t) = rf (t) för alla t. Här söker vi en funktion som uppfyller ekvationen.

Ekvationer, dierentialekvationer och stokastiska dierentialekvationer II Funktioner av typen f (t) = Ae rt löser ekvationen, eftersom f (t) = r Ae rt = rf (t). STOKASTISKA DIFFERENTIALEKVATIONER Den stokastiska process S(t) som beskriver priset på ett värdepapper utgör lösningen på en ekvationen av typen ) dx (t) = (µ + σ2 X (t)dt + σx (t)dw (t), 2 där W (t) betecknar en standard brownsk rörelse. Lösningen i detta fall är alltså en stokastisk process. (Annat namn är slumpfunktion).