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金融衍生品 Python 入门(英文版电子书)

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资源介绍

核心内容框架本书共 9 章主体内容及 2 个 Python 附录,从基础理论到实操应用,系统覆盖金融衍生品知识与 Python 实现方法:(一)基础概念与核心原理(第 1-4 章)金融市场与衍生品基础(第 1 章) 开篇介绍金融市场的功能 —— 以低交易成本交易证券,实现风险转移与投资机会交换,交易可通过集中交易所或场外交易(OTC)进行,不同交易动机(投资、对冲、投机)对应不同策略。随后界定衍生品的定义,指出其价值依赖于标的资产(如股票、债券、大宗商品等),并梳理衍生品的发展历史,从汉谟拉比法典中的早期契约,到泰勒斯对橄榄压榨权的投机,再到 1730 年代日本大米期货交易所、1848 年芝加哥期货交易所(CBOT)及 1973 年芝加哥期权交易所(CBOE)的成立,展现衍生品与大宗商品交易的历史关联。 此外,本章还讲解了货币的时间价值,对比单利、复利、连续复利三种计息方式的未来值(FV)与现值(PV)计算方法,强调连续复利在本书后续计算中的统一应用,最后通过无套利原理的数学证明,奠定衍生品定价的核心逻辑 —— 若两个投资组合未来价值相等,则当前价值必相等,否则存在无风险套利机会。远期与期货合约(第 2 章) 详细解析远期合约的定义:双方约定未来某一时间(到期日 T)以固定交割价 F 买卖标的资产,多头方(买入方)与空头方(卖出方)的收益分别为\(S_T - F\)与\(F - S_T\)(\(S_T\)为到期日标的资产价格)。期货合约与远期合约收益结构相同,但存在交易机制差异:期货通过交易所交易,采用每日盯市制度(每日结算期货价格波动),并要求投资者缴纳初始保证金与维持保证金,保证金账户余额低于维持保证金时需补缴(保证金追缴)。 本章核心是远期价格的无套利计算,针对不同标的资产场景推导公式:无收益资产的远期价格为\(F_t = S_t e^{r(T-t)}\)(\(S_t\)为 t 时刻标的价格,r 为无风险利率);有已知收益资产(如分红股票)需扣除收益的未来值;有比例收益资产(如外汇、指数)则需考虑收益率(或外国利率),公式调整为\(F_t = S_t e^{(r - c)(T-t)}\)(c 为收益率或外国利率)。同时,还给出任意时刻远期合约价值的计算方法。期权合约(第 3 章) 聚焦香草期权(欧式、美式看涨 / 看跌期权),明确期权的核心特征 —— 赋予持有者权利而非义务,因此收益永不为负。欧式期权仅能在到期日行权,美式期权可在到期前任意时间行权,两者收益分别为:看涨期权\(max(S_T - K, 0)\)、看跌期权\(max(K - S_T, 0)\)(K 为行权价)。 本章深入分析期权价格的构成(内在价值 + 时间价值)与影响因素:内在价值是期权当前行权的价值(ITM 为正,OTM 为 0,ATM 为平值),时间价值随到期时间延长而增加;期权价格与标的资产价格(看涨正相关、看跌负相关)、行权价(看涨负相关、看跌正相关)、利率(看涨正相关、看跌负相关)、波动率(正相关,波动率越高,期权时间价值越大)、到期时间(多数情况下正相关,长期期权时间价值更高)密切相关。 此外,本章还推导并验证看跌 - 看涨平价公式:\(c - p = S_t - K e^{-r(T-t)}\)(c 为看涨期权价格,p 为看跌期权价格),揭示看涨与看跌期权价格的内在关联,同时介绍期权投机策略(如利用 OTM 期权以小博大)及经典组合策略(牛市价差、熊市价差),并提供 Python 代码绘制策略收益曲线。奇异期权(第 4 章) 介绍非香草期权的常见类型:二元期权(现金或资产或有期权,收益固定或为标的资产价值)、远期启动期权(未来某时刻启动,行权价常与启动时标的价格挂钩)、复合期权(以期权为标的的期权,如看涨期权的看涨期权)、路径依赖期权(收益依赖标的价格路径,如障碍期权、回望期权、亚式期权)、价差期权(收益依赖两种标的资产价差)、篮子期权(收益依赖一篮子标的资产)及百慕大期权(介于欧式与美式之间,仅可在特定日期行权)。 本章通过案例对比不同奇异期权的收益特征,例如障碍期权因存在 “敲入 / 敲出” 条件(标的价格触及特定屏障则期权生效 / 失效),价格低于同类香草期权;亚式期权收益依赖标的价格均值,方差低于标的价格本身,因此价格更低;回望期权收益依赖标的价格历史极值(最高 / 最低),收益更高故价格更高,为读者理解不同场景下的衍生品选择提供依据。(二)定价模型与数值方法(第 5-9 章)二叉树模型(第 5 章) 作为最简单的离散时间定价模型,二叉树模型假设标的资产价格在每个时间步仅能向上(\(S_t u\))或向下(\(S_t d\))变动(u>1,d<1)。本章先通过单期模型推导期权定价:计算 Delta(期权价格与标的价格变动的比率,\(\Delta = \frac{V_u - V_d}{S_t(u - d)}\),\(V_u\)、\(V_d\)为标的价格涨跌后的期权价值),构建由 Delta 份标的资产与无风险资产组成的复制组合,通过无套利原理得到期权价格。 随后扩展至多期模型,将到期时间 T 划分为 N 个时间步(\(dt = T/N\)),每个时间步的 u、d 通过波动率校准(\(u = e^{\sigma \sqrt{dt}}\),\(d = 1/u\),\(\sigma\)为波动率),风险中性概率\(p^* = \frac{e^{r dt} - d}{u - d}\)(确保标的资产期望价格符合远期价格)。定价时采用 “倒推法”:先计算到期日各节点期权收益,再从后向前计算每个节点的期权价格(风险中性期望的现值)。 针对美式期权,需在每个节点对比 “立即行权的内在价值” 与 “继续持有期权的价值”,选择较高值作为该节点期权价格。此外,本章还讲解二叉树模型下希腊字母(Delta、Gamma、Theta、Vega、Rho)的计算方法,并提供完整 Python 代码实现二叉树定价,支持欧式 / 美式、看涨 / 看跌期权及不同标的资产(股票、外汇、股息资产)的定价。连续时间定价模型(第 6 章) 聚焦布莱克 - 斯科尔斯 - 默顿(BSM)模型,从统计直观、复制组合、概率三个视角推导模型:统计视角:通过标的资产对数收益率的正态分布特征,假设标的价格遵循几何布朗运动(\(dS_t = r S_t dt + \sigma S_t dW_t\),\(W_t\)为布朗运动);复制组合视角:构建由 Delta 份标的资产与无风险资产组成的组合,通过泰勒展开与无套利原理推导 BSM 偏微分方程;概率视角:利用伊藤公式将标的价格转化为对数正态分布,通过风险中性期望计算期权价格,得到欧式看涨期权定价公式:\(Call = S_0 N(d_1) - K e^{-rT} N(d_2)\),其中\(d_1 = \frac{\ln(S_0/K) + (r + 0.5\sigma^2)T}{\sigma \sqrt{T}}\),\(d_2 = d_1 - \sigma \sqrt{T}\),\(N(\cdot)\)为标准正态分布累积分布函数。 本章还对比二叉树模型与 BSM 模型的关系 —— 当二叉树时间步趋于无穷时,离散模型收敛于连续 BSM 模型,同时推导 BSM 模型下希腊字母的解析表达式,分析各参数对期权价格的敏感度(如看涨期权 Delta 在 0-1 之间,ATM 期权 Delta 约为 0.5;Theta 通常为负,反映期权时间价值的衰减),并扩展模型至分红资产、外汇、期货等标的,最后指出 BSM 模型的局限性(忽略交易成本、假设波动率恒定,与实际市场 “波动率聚集”“厚尾分布” 特征不符)。蒙特卡洛方法(第 7 章) 针对复杂衍生品(如路径依赖期权)难以用解析公式定价的问题,介绍蒙特卡洛模拟这一通用数值方法。其核心逻辑基于大数定律与中心极限定理:通过大量模拟标的资产价格路径,计算期权收益的样本均值,再以无风险利率贴现得到期权价格。 本章详细讲解蒙特卡洛方法的实现步骤:在 BSM 模型下,通过模拟布朗运动路径生成标的资产价格序列(\(S_T = S_0 e^{(r - 0.5\sigma^2)T + \sigma \sqrt{T} z}\),z 为标准正态随机数),针对不同期权类型计算收益(如欧式期权仅需到期价格,障碍期权需判断路径是否触及屏障,亚式期权需计算价格均值),最后通过样本均值贴现得到定价结果。 书中提供 Python 代码实现:单标的欧式期权、路径依赖障碍期权、双标的价差期权(考虑标的间相关性)的蒙特卡洛定价,并通过案例验证 —— 随着模拟次数增加,定价结果逐步收敛于理论值,同时说明美式期权蒙特卡洛定价的特殊方法(最小二乘蒙特卡洛法),为复杂衍生品定价提供解决方案。波动率(第 8 章) 突破 BSM 模型 “恒定波动率” 假设,系统讲解波动率的三类定义与应用:历史波动率:通过标的资产历史对数收益率的标准差计算,反映过去一段时间的波动率水平,计算步骤为:获取历史价格序列→计算日对数收益率→求收益率标准差→年化(乘以\(\sqrt{252}\),假设年交易日 252 天);即期波动率:将波动率视为随时间变化的随机过程,介绍局部波动率模型(波动率依赖时间与标的价格)、随机波动率模型(波动率自身遵循随机过程)及随机 - 局部混合波动率模型,解释实际市场中波动率的动态特征;隐含波动率:使 BSM 公式计算的期权价格等于市场价格的波动率,需通过数值优化(如布伦特法)求解。隐含波动率随行权价与到期时间的变化形成 “波动率曲面”,实际市场中存在 “波动率微笑”(ATM 期权波动率低,OTM/ITM 期权波动率高)或 “波动率偏斜”(不对称微笑),且短期波动率曲面特征更显著,长期趋于平缓。本章指出,波动率曲面是校准定价模型的关键输入,用于拟合市场香草期权价格,进而为奇异期权定价。复制组合(第 9 章) 深入探讨衍生品的复制策略 —— 构建由标的资产与无风险资产组成的组合,使其价值始终与衍生品价值相等。在二叉树模型中,复制组合需在每个时间步调整 Delta(动态对冲),确保组合价值与期权价值一致;在 BSM 模型中,由于 Delta 随时间连续变化,理论上需连续调整组合,但实际中只能通过每日、每周等频率调整,导致对冲误差(组合价值与期权价值的偏差),且调整频率越高,误差越小。 本章通过数值案例展示动态对冲的具体操作:以欧式看涨期权为例,设定对冲次数 N,将到期时间划分为 N 个区间,每个区间初计算当前 Delta,调整标的资产持仓与无风险资产头寸,区间末计算组合价值并重新校准 Delta,最终对比到期时组合价值与期权收益,验证对冲效果。书中 Python 代码模拟了不同对冲频率下的组合价值演变,直观呈现动态对冲的实操逻辑与误差特征。(三)Python 实操附录(附录 A、B)为帮助无编程基础的读者上手,附录提供 Python 入门教程:附录 A:Python 基础:讲解基本数学运算、数据类型(整数 int、浮点数 float、字符串 str、布尔值 bool)、变量定义规则,介绍 NumPy(数值计算)、Pandas(数据处理)、Matplotlib(绘图)三大核心库的使用,重点演示如何用 Pandas 导入 CSV/Excel 数据、处理 DataFrame 表格(统计描述、新增列、数据筛选),以及用 Matplotlib 绘Introduction to Financial Derivatives with Python