基于随机基准的动态均值_方差投资组合选择_王秀国

基于随机基准的动态均值_方差投资组合选择_王秀国
基于随机基准的动态均值_方差投资组合选择_王秀国

第29卷第3期V ol.29No.3

控制与决策

Control and Decision

2014年3月

Mar.2014基于随机基准的动态均值-方差投资组合选择

文章编号:1001-0920(2014)03-0499-07DOI:10.13195/j.kzyjc.2012.1802

王秀国,王义东

(中央财经大学统计与数学学院,北京100081)

摘要:在不完全市场下,研究基于随机基准的动态均值-方差投资组合选择问题.该问题也可以理解为一个跟踪误差动态投资组合问题,并将之转化为一个等价的考虑风险调整的期望相对收益最大化问题.利用随机动态规划方法,给出了最优投资策略和有效前沿的显式表达式.最后通过实证分析表明了不完全市场和完全市场下最优投资策略和有效前沿的变化,并对相关结论进行了经济解释.

关键词:动态投资组合;随机基准;最优投资策略;有效前沿

中图分类号:F224文献标志码:A

Dynamic mean-variance portfolio selection based on stochastic benchmark

WANG Xiu-guo,WANG Yi-dong

(School of Statistics and Mathematics,Central University of Finance and Economics,Beijing100081,China. Correspondent:WANG Xiu-guo,E-mail:wxg74@https://www.360docs.net/doc/5711707531.html,)

Abstract:In an incomplete market,the problem of dynamic mean-variance portfolio selection is investigated based on a benchmark de?ned by a stochastic process.The problem is also interpreted as a dynamic tracking-error portfolio selection, and is transformed as a problem of maximizing the expected relative return considering risk adjusted.Stochastic dynamic programming method is used to obtain explicit solutions of the optimal strategies and ef?cient frontier.Finally,an empirical analysis is conducted to illustrate the results obtained.

Key words:dynamic portfolio selection;stochastic benchmark;optimal strategies;ef?cient frontier

0引言

目前,西方金融界已普遍使用基准来评价积极管理者的业绩,即相对业绩评价方法.该方法已被投资管理界和商业银行界所接受和使用,通常投资者预先给定一个基准投资组合,定期对投资管理者的业绩进行评价.因此,积极的投资管理者往往在满足投资者要求的前提下,尽可能地使自己的投资组合获得更高的超额收益.基准的选择依赖于投资者的偏好,保守的投资者趋向于选择固定收入投资方案作为基准,而积极的投资者趋向于选择随机基准.

为了帮助管理者进行科学的投资决策,许多学者研究了具有基准的投资组合优化问题.Roll[1]研究了在给定的期望回报下,极小化跟踪误差TE(组合和基准回报差异的方差)的投资组合优化问题.Jorion[2]在此基础上引入了附加方差约束以有效提高积极投资管理的业绩.方毅等[3]进一步基于成本、效率、基准组合的作用、风险偏好等方面进行了深入分析,并设计了一种更为有效的风险约束机制.Wang[4]和Muralidhar[5]分别考虑了多基准和多管理者的投资组合优化问题.Rudolf等[6]研究了极小化跟踪误差的4种不同的线性模型.马永开等[7]将证券收益的多因素模型引入基于市场基准的投资决策模型,建立了基于市场基准的多因素证券组合投资决策模型,研究了模型的解和模型控制参数值的选取问题.高莹等[8]在跟踪误差投资组合优化模型基础上,考虑投资组合的风险价值VaR和收益的不确定性,建立了具有VaR约束的跟踪误差投资组合鲁棒优化模型.Gordon[9]和荣喜民等[10]分别建立了基于VaR和CVaR风险约束的追踪误差最小化的指数组合优化模型,有效地控制了组合的整体风险.Alexandre[11]在追踪误差优化问题中引入了背景风险.上述文献均是在静态(单期)环境下

收稿日期:2012-12-03;修回日期:2013-05-04.

基金项目:国家自然科学基金项目(70901079);中央财经大学科研创新团队支持计划项目.

作者简介:王秀国(1974?),男,副教授,博士,从事投资组合理论与最优化理论的研究;王义东(1966?),女,副教授,硕士,从事随机过程及其应用的研究.

500控制与决策第29卷

讨论的.

正如大多数经纪公司和金融管理者所建议的那样,积极的组合投资管理者经常实施动态投资策略,因此合理定义相关的动态优化规则是组合管理的中心问题.Tepla[12]研究了具有最小业绩约束的动态投资组合问题,业绩约束是投资者的终端财富不小于随机基准,目标是极大化投资者的效用,并给出了HARA类效用函数的最优投资策略.Basak等[13]研究了含有类似于VaR约束和期望不足约束两种情形的投资组合问题,使用的基准是某个确定的值.Gabin 等[14]研究了期望损失效用约束,选用的基准水平与股票价格成比例.Browne[15-16]考虑了具有随机基准的多种优化问题,包括极大化投资组合回报击中基准组合回报的概率和极小化投资者击中基准的期望时间,并考虑了期望相对财富的效用最大化问题.Zhao[17]在不完全市场中,将Roll[1]的均值-跟踪误差分析推广到动态情形,并进行了风险敏感性分析.王亦奇等[18]研究了灵活收益保证设定下的最优投资策略问题,并在HJM利率期限结构下,利用鞅方法得到了最优投资策略的解析解.另外,Li等[19]在独立同分布的假定下,利用植入技术将多阶段均值-方差模型的投资组合问题转化为一个能用动态规划处理的问题.许云辉等[20]进一步研究了基于收益序列相关的多阶段均值-方差模型.Zhou等[21]利用随机LQ方法研究了连续时间均值-方差投资组合问题,Li等[22]进一步研究了卖空限制的情形,对研究连续时间投资组合具有一定的指导意义.Chui等[23]在均值-方差框架下研究了资产负债投资组合问题,Xie等[24]将之推广到不完全市场.刘海飞等[25]在均值-方差框架下,考虑了时间序列的时变性、聚集性与波动性,基于多期滞后随机波动模型,构建了金融时间序列协同持续条件下的最优资产组合模型及其参数估计模型.

本文在连续时间不完全金融市场和均值方差框架下,构建了带有随机基准的动态均值-方差投资组合模型,其中基准通过一个布朗运动外生生成.鉴于积极的投资者关注相对于基准的投资组合业绩,即考虑在给定的期望相对财富下,极小化相对财富的方差,该模型可以解释为一种新的跟踪误差投资组合优化模型,并将之转换为一个等价的考虑风险调整的期望相对收益最大化问题.利用随机动态规划方法求解最优投资策略,并进一步分析了投资组合的前沿边界和有效前沿.

1动态投资组合模型

假设市场上存在n+1种资产,所有资产均可在计划期[0,T]内连续交易,资产0为无风险资产,价格过程服从微分方程

d p0(t)=p0(t)r(t)d t,p0(0)=p0;(1)其余的为风险资产,价格过程分别服从微分方程

d p i(t)=p i(t)

(

b i(t)d t+

m

j=1

σij(t)d B j(t)

)

, p i(0)=p i,i=1,2,???,n.(2)其中:r(t)>0为无风险资产的收益率,b i(t)>r(t)为资产i的瞬时期望收益率(漂移项),σij(t)为资产i的扩散项,B t=(B1(t),B2(t),???,B m(t))T为定义在完全概率空间(Ω,F,P)上的m维标准布朗运动.记r t=r(t),b t=(b1(t),b2(t),???,b n(t))T,

σt=(σij(t))n×m,e=(1,1,???,1)T.

令{F t;0?t?T}为由B产生的σ-代数流,假定r t,b t,σt在[0,T]上是确定(非随机)的、Lebesgue可测的、平方可积的有界函数,σt满足非退化条件σtσT t>0,?t∈[0,T].当股票的数目n等于布朗运动的维数m 时,市场是完全的;当n

假定投资者初始财富为W0,设x t=(x1(t),x2(t),???,x n(t))T为在时刻t投资于风险资产的财富比例,则投资于无风险资产的财富比例为1?x T t e.如果对于任意的t∈[0,T],财富过程W t满足

d W t=W t{(x T t(b t?r t e)+r t)d t+x T tσt d B t},(3)则称该投资策略是自融资的.令A为可行的自融资投资策略集.

假定存在一个随机基准,满足如下微分方程:

d Z t=Z t{u t d t+v t dˉB t},Z(0)=Z0.(4)其中:ˉB t为完全概率空间(Ω,F,P)上的一维标准布朗运动;u t>0为基准的瞬时收益率,v t∈R n为基准的扩散项,且u t,v t为时刻t的确定函数.假定ˉB t与B j t存在相关关系,其相关系数记为ρj t,j=1,2,???, m.令ρt=(ρ1t,ρ2t,???,ρm t)T,又因为ρT tρt?1,所以Z t 满足

d Z t=Z t{u t d t+v t(ρT t d B t+

1?ρT tρt d B0t)}, Z(0)=Z0,(5)其中B0t为完全概率空间(Ω,F,P)上的一维标准布朗运动.为了讨论方便,假设Z0=W0.

注1式(5)包含以下3种特殊情形:1)当ρj t=0 (j=1,2,???,n)时,ˉB t与B j t不相关,ˉB t等价于B0t;2)当ρT tρt=1时,ˉB t可以表示成B1(t),B2(t),???,B m(t)的线性组合,意味着基准与风险资产具有相同的风险驱动因子;3)当m=n,ρT tρt=1时,意味着基准所产生的风险可完全由交易风险资产所对冲.

令V t=W t/Z t,则相对财富V t也是一个随机过程.记

αt=b t?r t e?v tσtρt,βt=r t?u t+v2t,

第3期

王秀国等:基于随机基准的动态均值-方差投资组合选择

501

γt =v t ρt ,ξt =x T t αt +βt ,

δt =x T t σt ?γT t ,δ0

t =v t √

1?ρT t ρt ,

则由Ito 公式可得

d V t =V t {ξt d t +δt d B t +δ0t d B 0

t },

V 0=W 0/Z 0=1.

(6)

积极的投资管理者要对相对于基准的回报和风险进行综合权衡,本文在均值方差框架下,构建动态投资组合优化问题,即在给定的期望相对终期财富下,极小化相对终期财富的方差

(P1)min x ∈A

Var(V T );

s .t .E (V T )=d.

(7)

其中d 为给定的期望相对财富.问题(P1)可以等价地表示为

(P1′

)min x ∈A Var(V T ?1);

s .t .E (V T ?1)=d ?1.(8)

问题(P1′)也具有较强的经济含义,可以理解为一种新的跟踪误差投资组合优化问题,即在给定的超额收益d ?1下,极小化跟踪误差,其中跟踪误差定义为

Var(W T /Z T ?1),而不是传统的Var(W T ?Z T ).

问题(P1)等价于求解一个极大化风险调整的期望相对收益问题,即

(P2)max x ∈A

E (V T )?

12λ

E (V 2

T );s .t .d V t =V t {ξt d t +δt d B t +δ0t d B 0

t }.

(9)

其中λ>0为投资者的风险容忍度,可以根据给定的期望相对财富d 确定.

2最优投资策略的求解

问题(P2)是一个随机动态规划问题,首先通过值函数表示出投资于风险资产的最优比例,然后代入HJB 方程,通过求解偏微分方程得到最优投资策略.记值函数为

J (V,t )=max x ∈A E [V T ?

12λV 2

T

∣F t ]

,(10)J (V,t )表示在给定当前信息F t 下风险调整的条件期

望相对收益.假定J 关于t 可微,关于V 二次连续可微,则相应的HJB 方程为

J t +max x ∈A

{x T t αt V J V +∥x T t σt ?γT t ∥2

V 2

J V V /2}+

βt V J V +

(δ0t )2V 2J V V

/2=0,

(11)

边界条件为J (V,T )=V T ?12λV 2

T

.

考虑HJB 中的最优化问题(P3)max

x ∈A

x T t αt V

J V +

∥x T t σt

?γT t ∥2V 2

J V V

/2.

(12)

定理1假定J 关于t 可微,关于V 二次连续可

微,且J 关于V 是严格凹的(该假定可以通过最终得到的值函数验证),则问题(P3)的最优解为

x ?t =?J V V J V V

(σt σT t )?1αt +(σt σT t )?1

σt γt =a t ηt +(1?a t )πt .

(13)

其中:ηt =(σt σT t )?1(b t ?r t e )和πt =(σt σT t )?1

σt γt 分

别表示最优增长组合和基准组合,a t =?J V

V J V V

.

注2Merton 称ηt 为最优增长组合[26],Long 则

称为本位组合[27].最优增长组合在利用鞅理论研究连续时间投资组合问题时起重要作用[26,28].当基准能

被市场完全复制时,πt 便是复制该基准的组合,文中称为基准组合.

由定理1可以看出,最优解x ?t 是最优增长组合和基准组合的组合,其中投资于最优增长组合的比例

a t 类似于Merton 标准效用最大化问题的相对风险厌

恶水平的倒数.因此,积极的投资管理者的最优投资策略是投资于无风险资产、最优增长组合ηt 和基准组合πt ,可以解释为三基金分离定理.

定理1的前提是HJB 方程可求解,下面讨论HJB 方程解的存在性.记

θt =√αT t (σt σT t )?1αt ,k t =βt +αT t πt

,m t =(δ0t )2+∥πT t σt ?γT t ∥2

.

特别地,当m =n ,ρT t ρt =1时,m t =0.将最优解(13)

代入HJB 方程得

J t ?J 2V 2J V V θ2

t +k t V J V +12

m t V 2J V V =0,

(14)

边界条件为J (V,T )=V T ?12λV 2

T

.

定理2微分方程(14)的最优解为

J (V,t )=f (t )V 2+g (t )V +?(t ).

(15)其中

f (t )=?12λe T t (θ2s

?2k s ?m s )d s

,(16)g (t )=e

T

t

(θ2s ?k s )d s

,

(17)?(t )=?λ2 T t

θ2u e T u θ2s

+m s d s d u.

(18)证明为了解方程,试探解的形式为

J (V,t )=f (t )V 2+g (t )V +?(t ),

(19)

J t =f ′

t V 2+g ′

t V +?′

t ,J V =2f (t )V +g (t ),J V V =2f (t ).

代入式(14)得到

f ′

t V 2

+g ′t V +?′

t ?(2f (t )V +g (t ))2

4f (t )

θ2

t +

k t V (2f (t )V +g (t ))+f (t )m t V 2=0,

(20)

502

控制与决策

第29卷

V 2(f ′

t +(2k t ?θ2

t +m t )f (t ))+

V (g ′

t +(k t ?

θ2

t )g (t ))

+?′

t ?g 2(t )4f (t )θ2

t

=0,

(21)

从而得到3个常微分方程

f ′

t +(2k t ?θ2

t +m t )f (t )=0,f (T )=?

1

,(22)g ′

t +(k t ?

θ2

t )g (t )

=0,g (T )=1,

(23)?′

t ?

g 2(t )4f (t )θ2

t

=0,?(T )=0.(24)

易求这3个常微分方程的解为式(16)~(18).

由定理2可知J V V =2f (t )<0,则定理1中值函数关于V 严格凹的假定自然成立.由定理1和定理2易得投资于风险资产的最优比例.

定理3投资于风险资产的最优比例为

x ?

t =(λV t

e ? T

t k s +m s d s ?1)(σt σT t )?1αt +πt =

(λV t e ? T t k s +m s d s

?1)ηt +(2?λV t

e ? T t k s +m s d s )πt .(25)

注3在Merton 标准的效用函数最大化问题中,当市场参数均为常数(即风险资产的价格变动服从几何布朗运动)时,展现出定常数比例最优投资策略[26].由定理3可知,即使市场参数都为常数,投资于风险资产的最优比例也是关于时间和相对财富的函数.

如前文所述,最优投资策略符合三基金分离定理,即由无风险资产、最优增长组合和基准组合构成,这与文献[15-17]具有类似的结论.式(25)中第2个等号表示x ?t

是最优增长组合和基准组合的组合(比例

分别为a t =λe

? T

t

k s +m s d s

/V t ?1,1?a t ),投资于最优

增长组合是为了获得尽可能大的收益,投资于基准组合是为了保证获得基准组合收益和较小的跟踪误差.对于某个给定的时刻t ,当前的相对财富水平V t 越小(W t 相对于Z t 越小),或越偏离终期财富目标,为了追求更高的收益,风险资产中投资于最优增长组合的比例越大,以使得相对财富水平能越来越接近终期财富目标;反之,当前的相对财富水平V t 越大(W t 相对于

Z t 越大),则更多投资于基准组合以获取较小的跟踪

误差(风险).

下面讨论风险容忍度λ的确定.将式(25)代入(6)可得

d V t =

{λθ2t e

?

T t k s +m s d s +(k t ?θ2

t )V t }d t +

{(λe

?

T t k s +m s d s

?V t )αT

t σt +

V t (πT

t σt

?

γT

t )}d B t

+

V t δ0t d B 0

t ,

V 0=1.(26)

两边取期望得

d E (V t )={λθ2t e

?

T

t

k s +m s d s

+(k t ?θ2

t )E (V t )}d t,

V 0=1.(27)

解非齐次线性常微分方程(27)得

E (V T )=α+λβ.

(28)

其中

α=e T

(k t ?θ2

t )d t ,

β=e

?

T

θ2t d t

T

θ2t e t

θ2

s d s e

?

T

t

m s d s

d t.

因此,只要事先给定期望相对财富d ,风险容忍度λ便可以通过下式确定:

λ=

d ?αβ

.(29)

特别地,当m =n ,ρT t ρt =1时,有

β=1?e

? T

θ2

t d t ,λ=

d ?e

T

(k t ?θ2

t )d t 1?e

? T 0θ2t d t

.由式(29)可见,如果给定的期望目标相对财富d

越大,则相应的风险容忍度λ越大,根据式(25)风险资产中投资于最优增长组合的比例也越大,以便实现目标收益;反之,如果给定的期望目标相对财富d 越小,则相应的风险容忍度λ越小,将更多投资于基准组合以获取较小的跟踪误差(风险),这与投资实践相一致.

3前沿边界和有效前沿

对V 2t 应用Ito 公式,结合式(26)得到

d V 2t ={λ2θ2t

e ?2 T

t

k s +m s d s

+

(2k t ?θ2

t +m 2t )V 2t }d t +

2V t {(λe ?

T

t

k s +m s d s

?V t )αT

t σt +

V t (πT t σt ?γT t )}d B t +2V 2t δ0t d B 0

t ,

V 20=1.

(30)

两边取期望得

d E (V 2t )

=

{λ2θ2t

e ?2

T

t

k s +m s d s

+

(2k t ?θ2t +m 2t )E (V 2

t )}d t.

(31)解非齐次线性常微分方程(31)得

E (V 2T )=γ+λ2ζ.

(32)

其中

γ=e T

(2k t ?θ2

t +m 2t )d t ,

ζ=e

T

(?θ2t +m 2t )d t

T

θ2t e t

θ2

s ?m 2s d s e

?2

T

t

m s d s d t.

特别地,当m =n,ρT t ρt =1时,ζ=β=1?e

?

T

θ2

t d t

.

由式(28)和(32)计算相对财富的方差为

Var(V T )=E (V 2

T )?(E (V T ))2=

(γ+λ2ζ)?(α+λβ)2.

(33)

定理4在最优投资策略下,终期相对财富的期望和方差分别为

第3期

王秀国等:基于随机基准的动态均值-方差投资组合选择

503

E (V T )=α+λβ,

(34)Var(V T )=(γ+λ2ζ)?(α+λβ)2.

(35)

由于Var(V T ?1)=Var(V T ),给定期望相对财富d 下,由式(35)计算出的Var(V T )便是积极的投资管理者获得超额相对收益d ?1所要承担的积极风险.由式(28)得到λβ=E (V T )?α,代入式(33)可得到前沿边界.

定理5问题(P1)的前沿边界为

Var(V T )=ζ?β2β2(E (V T )?αζζ?β2)2+γ?ζα2

ζ?β2

.(36)因此在方差-均值空间里,投资组合的前沿边界是一

条抛物线,有效前沿是E (V T )>αζ/(ζ?β2)部分.特别地,当m =n,ρT t ρt =1时,问题(P1)的前沿边界为

Var(V T )=

e ?

T

θ2

t d t

1?e

? T 0θ2t d t

(E (V T )?e

T

k t d t )2

,(37)

E (V T )=±

1

?e ? T 0θ2t d t e

? T 0θ2t d t

σ(V T )+e

T

k t d t

.(38)

此时,在方差-均值空间里,投资组合的前沿边界是一

条以(0,e

T

k t d t

)为顶点的抛物线,有效前沿是抛物线

的上半支;在标准差-均值空间里,前沿边界是以(0,

e

T

k t d t

)为起点的两条射线,有效前沿是上面的射线,

这与单期经典的均值方差模型的前沿边界和有效前沿具有类似的形式.

4实证分析

选取上海证券交易所上市的4支股票:中国联通(600050)、羚锐制药(600285)、信雅达(600571)、伊利股份(600887),并以上证综合指数(000001)作为基准.选取从2010年6月1日~2011年5月11日所有交易日的原始数据,得到226个日毛对数收益率样本.根据数据计算出股票指数的期望收益率和标准差,并进行年化,计算出它们之间的相关系数,进而计算协方差矩阵,利用Cholesky 分解得到波动率矩阵.取当期银行一年期定期存款利率为无风险资产年收益率,投资计划期T =1,相关参数的计算结果如下:

r t =0.0275,b t =(0.2711,0.3785,0.5069,0.5336)T ,

σt =??????0.31550000.12760.4886000.13020.17160.446800.07760.22500.05340.3822??????,u t =0.2175,v t =0.2474,

ρt =(0.6205,0.5037,0.4740,0.2673)T .

此时市场为完全市场.假定投资者的期望相对收

益d =1.2,则可由式(29)得到相应的风险容忍度λ=

1.2267,由式(25)计算最优投资策略为

x ?t =(1.2267V t

e 0.1281(t ?1)?1)×

(1.2628,?0.389,0.9703,1.8483)T +(0.3076,0.0905,0.2418,0.1730)T .

特别地,当t =0时,投资于4支股票的最优比例为x ?t

=(0.4077,0.0596,0.3187,0.3195)T ,投资于无风险资

产的最优比例为?0.1055.

当市场为不完全市场时,考虑收益率比较高的后3支股票,此时的波动率矩阵为

σt =?

?

?0.12760.4886000.13020.17160.4468

0.07760.22500.05340.3822

???.

假定投资者的期望相对收益d =1.2,则由式(29)得到λ=1.2540,由式(25)计算最优投资策略为

x ?t =(1.2540V t

e 0.1016(t ?1)?1)×

(?0.2595,1.122,1.8696)T +(0.1220,0.2788,0.1782)T .

特别地,当t =0时,投资于3支股票的最优比例为x ?t

=(0.0875,0.4278,0.4266)T ,投资于无风险资产的最

优比例为0.0581.

图1和图2分别为在完全市场和不完全市场情况下,当d =1.2,t =0.5时,风险资产中投资于最优增长组合和基准组合的比例(分别为a t ,1?a t )随相对财富变化的情况.可以看出,V t 越小,为了追求更高的收益,投资于最优增长组合的比例越大,甚至卖空基准组合;反之,V t 越大,为了保证获得基准组合收益

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

V t

-0.400.40.81.2

图1完全市场下投资于最优增长组合和基准组合比例

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

V t

-0.400.40.81.2

图2

不完全市场下投资于最优增长组合和基准组合比例

504

控制与决策

第29卷

和较小的跟踪误差,投资于基准组合的比例越大,甚至卖空最优增长组合.

图3为完全市场和不完全市场情况下的前沿边界和有效前沿.可以看出,对于相同的期望相对收益,如果市场是不完全的,则投资者将承担更大的风险.图4为在不完全市场下当t =0.5时,期望相对收益d 对于投资策略的影响,其中a t 为风险资产中投资于最优增长组合的比例.分别取d =1.2,1.25,1.3,此时风险容忍度λ的值分别为1.2540,1.3267,1.3994.可以看出,要求的期望相对收益越大,相应的风险容忍度越大,投资于最优增长组合的比例也越大,以便获取更高的收益来实现期望目标,同时也要承担更大的风险(跟踪误差).

1.01.11.21.31.4

1.5E V ()

t 0

0.02

0.040.06

Var()

V t 图3前沿边界和有效前沿

d =1.2d =1.25d =1.3

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3 1.5

V t

0.400.81.2

1.6α1

图4d 对投资策略的影响

5结论

本文研究了具有随机基准的连续时间均值-方差投资组合决策问题,该模型可以理解为一种新型动态跟踪误差投资组合问题.利用随机动态规划方法给出了最优投资策略的显式表达式,结果表明,最优投资策略符合三基金分离定理,即由无风险资产、最优增长组合和基准组合构成.其中:投资于最优增长组合是为了获得尽可能大的收益,投资于基准组合是为了保证获得基准组合收益和较小的跟踪误差.与Merton 标准的效用函数最大化问题展现出定常数比例最优投资策略不同,即使市场参数都为常数,投资于风险资产的最优比例也是关于时间和相对财富的函数,因此投资策略更符合投资实践.进一步分析了投资组合的前沿边界和有效前沿,发现与经典的单期均值-方差模型具有类似的形式.最后通过实证分析对相关结论进行了说明.

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(责任编辑:郑晓蕾)

知识讲解离散型随机变量的均值与方差

知识讲解离散型随机变量的均值与方差(总13页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除

离散型随机变量的均值与方差 【学习目标】 1. 理解取有限个值的离散型随机变量的均值或期望的概念,会根据离散型随机变量的分布列求出均值或期望,并能解决一些实际问题; 2. 理解取有限个值的离散型随机变量的方差、标准差的概念,会根据离散型随机变量的分布列求出方差或标准差,并能解决一些实际问题; 【要点梳理】 要点一、离散型随机变量的期望 1.定义: 一般地,若离散型随机变量ξ的概率分布为 则称=ξE +11p x +22p x …++n n p x … 为ξ的均值或数学期望,简称期望. 要点诠释: (1)均值(期望)是随机变量的一个重要特征数,它反映或刻画的是随机变量取值的平均水平. (2)一般地,在有限取值离散型随机变量ξ的概率分布中,令=1p =2p …n p =,则有 =1p =2p …n p n 1= =,=ξE +1(x +2x …n x n 1 )?+,所以ξ的数学期望又称为平均数、均值。 (3)随机变量的均值与随机变量本身具有相同的单位. 2.性质: ①()E E E ξηξη+=+; ②若b a +=ξη(a 、b 是常数),ξ是随机变量,则η也是随机变量,有 b aE b a E +=+ξξ)(; b aE b a E +=+ξξ)(的推导过程如下:: η的分布列为

于是=ηE ++11)(p b ax ++22)(p b ax …()i i ax b p +++… =+11(p x a +22p x …i i x p ++…)++1(p b +2p …i p ++…)=b aE +ξ ∴b aE b a E +=+ξξ)(。 要点二:离散型随机变量的方差与标准差 1.一组数据的方差的概念: 已知一组数据1x ,2x ,…,n x ,它们的平均值为x ,那么各数据与x 的差的平方的平均数 [1 2n S = 21)(x x -+22)(x x -+…+])(2x x n -叫做这组数据的方差。 2.离散型随机变量的方差: 一般地,若离散型随机变量ξ的概率分布为 则称ξD =121)(p E x ?-ξ+222)(p E x ?-ξ+…+2()n i x E p ξ-?+…称为随机变量ξ的方差,式中的ξE 是随机变量ξ的期望. ξD 的算术平方根ξD 叫做随机变量ξ的标准差,记作σξ. 要点诠释: ⑴随机变量ξ的方差的定义与一组数据的方差的定义式是相同的; ⑵随机变量ξ的方差、标准差也是随机变量ξ的特征数,它们都反映了随机变量取值的稳定与波动、集中与离散的程度;方差(标准差)越小,随机变量的取值就越稳定(越靠近平均值). ⑶标准差与随机变量本身有相同的单位,所以在实际问题中应用更广泛。 3.期望和方差的关系:

方差分析公式

方差分析公式 (20PP-06-2611:03:09) 转载▼ 标签: 分类:统计方法 杂谈 方差分析 方差分析(analPsisofvarianee ,简写为ANOV或ANOV A可用于两个或两个以 上样本均数的比较。应用时要求各样本是相互独立的随机样本;各样本来自正态 分布总体且各总体方差相等。方差分析的基本思想是按实验设计和分析目的把全部观察值之间的总变异分为两部分或更多部分,然后再作分析。常用的设计有完 全随机设计和随机区组设计的多个样本均数的比较。 一、完全随机设计的多个样本均数的比较 又称单因素方差分析。把总变异分解为组间(处理间)变异和组内变异(误差)两部分。目的是推断k个样本所分别代表的卩1,卩2,……卩k是否相等,以便比较多个处理的差别有无统计学意义。其计算公式见表19-6. 表19-6完全随机设计的多个样本均数比较的方差分析公式 GC=(艺G) 2/N=艺ni , k为处理组数 方差分析计算的统计量为F,按表19-7所示关系作判断。 例19.9某湖水不同季节氯化物含量测量值如表19-8,问不同季节氯化物含量有 无差别? 表19-8某湖水不同季节氯化物含量(mg/L)

SS 加刖=丄 和 ' 10619.265^ 170 HO:湖水四个季节氯化物含量的总体均数相等,即 卩仁卩2=卩3=卩4 H1:四个总体均数不等或不全相等 a =0.05 先作表19-8下半部分的基础计算。 C=(艺 G ) 2/N= (588.4) 2/32=10819.205 SS 总=艺 G2-C=11100.84-10819.205=281.635 V 总=N-仁31 (工吋 “ 1 广_ (】6二口尸斗/」期.匸尸千 K .IT N "一 - ? r . —I b K V 组间=k-1=4-1=3 SS 组内=SS 总-SS 组间=281.635-141.107=140.465 V 组内=N-k=32-4=28 MS 组间二SS 组间 /v 组间=141.107/3=47.057

方差概念及计算公式

方差概念及计算公式 一.方差的概念与计算公式 例1两人的5次测验成绩如下: X:50,100,100,60,50 E(X )=72;Y:73,70,75,72,70 E(Y )=72。 平均成绩相同,但X不稳定,对平均值的偏离大。方差描述随机变量对于数学期望的偏离程度。 单个偏离是 消除符号影响 方差即偏离平方的均值,记为D(X ): 直接计算公式分离散型和连续型,具体为: 这里是一个数。推导另一种计算公式 得到:“方差等于平方的均值减去均值的平方”,即 , 其中

分别为离散型和连续型计算公式。称为标准差或均方差,方差描述波动程度。 二.方差的性质 1.设C为常数,则D(C) = 0(常数无波动); 2.D(CX )=C2D(X ) (常数平方提取); 证: 特别地D(-X ) = D(X ), D(-2X ) = 4D(X )(方差无负值) 3.若X、Y相互独立,则 证:记 则 前面两项恰为D(X )和D(Y ),第三项展开后为 当X、Y 相互独立时, , 故第三项为零。 特别地 独立前提的逐项求和,可推广到有限项。 三.常用分布的方差 1.两点分布

2.二项分布 X ~ B( n, p ) 引入随机变量X i(第i次试验中A出现的次数,服从两点分布) , 3.泊松分布(推导略) 4.均匀分布 另一计算过程为 5.指数分布(推导略) 6.正态分布(推导略) ~ 正态分布的后一参数反映它与均值的偏离程度,即波动程度(随机波动),这与图形的特征是相符的。 例2求上节例2的方差。 解根据上节例2给出的分布律,计算得到

求均方差。均方差的公式如下:(xi为第i个元素)。 S = ((x1-x的平均值)^2 + (x2-x的平均值)^2+(x3-x的平均值)^2+...+(xn-x的平均值)^2)/n)的平方根 大数定律表表明:事件发生的频率依概率收敛于事件的概率p,这个定理以严格的数学形式表达了频率的稳定性。就是说当n很大时,事件发生的频率于概率有较大偏差的可能性很小。由实际推断原理,在实际应用中,当试验次数很大时,便可以用事件发生的频率来代替事件的概率。 用matlab或c语言编写求导程序 已知电容电压uc,电容值 求电流i 公式为i=c(duc/dt) 怎样用matlab或c语言求解 函数的幂级数展开式

知识讲解离散型随机变量的均值与方差(理)(基础)

离散型随机变量的均值与方差 【学习目标】 1. 理解取有限个值的离散型随机变量的均值或期望的概念,会根据离散型随机变量的分布列求出均值或期望,并能解决一些实际问题; 2. 理解取有限个值的离散型随机变量的方差、标准差的概念,会根据离散型随机变量的分布列求出方差或标准差,并能解决一些实际问题; 【要点梳理】 要点一、离散型随机变量的期望 1.定义: 一般地,若离散型随机变量ξ的概率分布为 则称=ξE +11p x +22p x …++n n p x … 为ξ的均值或数学期望,简称期望. 要点诠释: (1)均值(期望)是随机变量的一个重要特征数,它反映或刻画的是随机变量取值的平均水平. (2)一般地,在有限取值离散型随机变量ξ的概率分布中,令=1p =2p …n p =,则有=1p =2p … n p n 1= =,=ξE +1(x +2x …n x n 1 )?+,所以ξ的数学期望又称为平均数、均值。 (3)随机变量的均值与随机变量本身具有相同的单位. 2.性质: ①()E E E ξηξη+=+; ②若b a +=ξη(a 、b 是常数),ξ是随机变量,则η也是随机变量,有b aE b a E +=+ξξ)(; b aE b a E +=+ξξ)(的推导过程如下:: η的分布列为 于是=ηE ++11)(p b ax ++22)(p b ax …()i i ax b p +++… =+11(p x a +22p x …i i x p ++…)++1(p b +2p …i p ++…)=b aE +ξ

∴b aE b a E +=+ξξ)(。 要点二:离散型随机变量的方差与标准差 1.一组数据的方差的概念: 已知一组数据1x ,2x ,…,n x ,它们的平均值为x ,那么各数据与x 的差的平方的平均数 [1 2n S = 21)(x x -+22)(x x -+…+])(2x x n -叫做这组数据的方差。 2.离散型随机变量的方差: 一般地,若离散型随机变量ξ的概率分布为 则称ξD =121)(p E x ?-ξ+22 2)(p E x ?-ξ+…+2()n i x E p ξ-?+…称为随机变量ξ的方差,式中 的ξE 是随机变量ξ的期望. ξD 的算术平方根ξD 叫做随机变量ξ的标准差,记作σξ. 要点诠释: ⑴随机变量ξ的方差的定义与一组数据的方差的定义式是相同的; ⑵随机变量ξ的方差、标准差也是随机变量ξ的特征数,它们都反映了随机变量取值的稳定与波动、集中与离散的程度;方差(标准差)越小,随机变量的取值就越稳定(越靠近平均值). ⑶标准差与随机变量本身有相同的单位,所以在实际问题中应用更广泛。 3.期望和方差的关系: 22()()D E E ξξξ=- 4.方差的性质: 若b a +=ξη(a 、b 是常数),ξ是随机变量,则η也是随机变量,2 ()D D a b a D ηξξ=+=; 要点三:常见分布的期望与方差 1、二点分布: 若离散型随机变量ξ服从参数为p 的二点分布,则 期望E p ξ= 方差(1).D p p ξ=-

方差 — 标准差

方差(Variance) [编辑] 什么是方差 方差和标准差是测度数据变异程度的最重要、最常用的指标。 方差是各个数据与其算术平均数的离差平方和的平均数,通常以σ2表示。方差的计量单位和量纲不便于从经济意义上进行解释,所以实际统计工作中多用方差的算术平方根——标准差来测度统计数据的差异程度。 标准差又称均方差,一般用σ表示。方差和标准差的计算也分为简单平均法和加权平均法,另外,对于总体数据和样本数据,公式略有不同。 [编辑] 方差的计算公式 设总体方差为σ2,对于未经分组整理的原始数据,方差的计算公式为: 对于分组数据,方差的计算公式为: 方差的平方根即为标准差,其相应的计算公式为: 未分组数据: 分组数据: [编辑]

样本方差和标准差 样本方差与总体方差在计算上的区别是:总体方差是用数据个数或总频数去除离差平方和,而样本方差则是用样本数据个数或总频数减1去除离差平方和,其中样本数据个数减1即n-1 称为自由度。设样本方差为,根据未分组数据和分组数据计算样本方差的公式分别为: 未分组数据: 分组数据: 未分组数据: 分组数据: 例:考察一台机器的生产能力,利用抽样程序来检验生产出来的产品质量,假设搜集的数据如下: 根据该行业通用法则:如果一个样本中的14个数据项的方差大于0.005,则该机器必须关闭待修。问此时的机器是否必须关闭? 解:根据已知数据,计算

因此,该机器工作正常。 方差和标准差也是根据全部数据计算的,它反映了每个数据与其均值相比平均相差的数值,因此它能准确地反映出数据的离散程度。方差和标准差是实际中应用最广泛的离散程度测度值。 ?函数VAR假设其参数是样本总体中的一个样本。如果数据为整个样本总体,则应使用函数VARP来计算方差。 ?参数可以是数字或者是包含数字的名称、数组或引用。 ?逻辑值和直接键入到参数列表中代表数字的文本被计算在内。 ?如果参数是一个数组或引用,则只计算其中的数字。数组或引用中的空白单元格、逻辑值、文本或错误值将被忽略。 ?如果参数为错误值或为不能转换为数字的文本,将会导致错误。 ?如果要使计算包含引用中的逻辑值和代表数字的文本,请使用VARA 函数。 ?函数VAR 的计算公式如下: 其中x 为样本平均值AVERAGE(number1,number2,…),n 为样本大小。 示例 假设有10 件工具在制造过程中是由同一台机器制造出来的,并取样为随机样本进行抗断强度检验。 如果将示例复制到一个空白工作表中,可能会更容易理解该示例。 STDEV(number1,number2,...) Number1,number2,...为对应于总体样本的 1 到255 个参数。也可以不使用这种用逗号分隔参数的形式,而用单个数组或对数组的引用。 注解 ?函数STDEV 假设其参数是总体中的样本。如果数据代表全部样本总体,则应该使用函数STDEVP来计算标准偏差。 ?此处标准偏差的计算使用“n-1”方法。

61随机变量的概率分布、期望与方差1

如皋市薛窑中学2011届高三理科数学一轮复习 61随机变量的概率分布、期望与方差 【考点解读】 离散型随机变量及其分布列:A;超几何分布:A;条件概率及相互独立事件:A; n次独立重复试验的模型及二项分布:B;离散型随机变量的均值与方差:B 【复习目标】 1?了解取有限值的离散型随机变量及其分布列的概念,了解分布列对于刻画随机现象的重要性;会求某些简单的离散型随机变量的分布列。 2?了解超几何分布及其导出过程,并能进行简单的应用。 3?了解条件概率和两个事件相互独立的概念( 对条件概率的应用题不作要求 )。 4 ?理解n次独立重复试验的模型及二项分布,并能解决一些简单的实际问题。 5?了解取有限值的离散型随机变量的均值、方差的意义,会根据离散型随机变量的分布列求出期望值、方差。 活动一:基础知识 1. 随机变量: 1) 定义: _________________________________________________________ 。 2) ____________________________________ 表示方法:。 2. 随机变量分布列的定义: 假定随机变量X有n个不同的取值,它们分别是X1,X2丄X n且P(X=x i)=p i ,i=1,2, -n,① 称①为随机变量X 的概率分布列,简称X的分布列 3. 概率分布表 将①用表的形式表示如下: 4. 分布列的性质: 概率分布列中P(i 1,2L n)满足以下两个条件: (1) ______________________________ (2) ______________________________ 5. 两点分布 如果随机变量X只取两个可能值_0 和__________ 1 ___ ,则称该随机变量X服从0-1分布或两点分布并记为X?0-1或X?两点分布. 其概率分布表为: 其中丨min{ M , n},且n N,M N,n,M,N N .称分布列

最小方差套期保值比率

附录:最小方差套期保值比率(对冲率) 可以通过股票指数期货演示如何得到对冲现货头寸的最优期货合约数量。假设A 持有充分分散化的股票组合现货头寸,并且完全模拟市场指数(如S&P500),但是担心价格下跌,希望使用期货合约对持有的头寸对冲。已知: S=S&P500指数现价 TVS 0=初始持有现货总值(就是150万美元) F=期货价格(S&P500指数期货) FVF 0=一份期货合约的账面价值 N S,0=现货持有的指数单位数量 N f =持有的期货合约数量 S 0=1500 F 0= “合约乘数”或者S&P500指数每点价值z=250美元。因此 FVF 0=F 0z () 如果现货头寸是TVS0美元,投资者初始持有NS,0单位指数,则 N S,0=TVS 0/S 0=1500000/1500=1000单位指数 () t=0时,对冲者在现货市场上为多头,因此在期货市场上空头卖出N f 份合约。在t=1时刻,结清持有的头寸,对冲的组合价值变化如下: z F N S N z F F N S S N A V f S f S )()()() 3.3(0,01010,?-?=---=+=?期货头寸的变化 即期市场头寸的变化 。其中,0101,F F F S S S -=?-=? 对冲组合的方差是 )4.3(2)()(,2 2222A z N N z N N F S f S F f S S V ????-+=σσσσ 其中,2 V ?σ是S 的变化的方差。对公式()的Nf 微分,并使之为零(来得到最小值),也就 是0 2 =??f V N σ,得到最优值: )5.3(,0,2 2A z N z N F S S F f ???=σσ )6.3()( 2,0,A z N N F F S S f ???=σσ 代替公式()中的0,S N ,得到最小方差对冲率 )7.3(0)(,2,00A t zS TVS N F S F F S f ???????? ??===βσσ时现货指数的价值现货头寸的总价值 其中,“beta ”为现货资产绝对变化量△S 对期货价格绝对变化量△F 回归得到的回归系数: )8.3()(,0A F S t F S εβα+?+=???

2.5 随机变量的均值和方差

2.5随机变量的均值和方差 扬州市新华中学查宝才 教学目标: 1.通过实例,理解取有限值的离散型随机变量均值(数学期望)的概念和意义; 2.能计算简单离散型随机变量均值(数学期望),并能解决一些实际问题. 教学重点: 取有限值的离散型随机变量均值(数学期望)的概念和意义. 教学方法: 问题链导学. 教学过程: 一、问题情境 1.情景. 前面所讨论的随机变量的取值都是离散的,我们把这样的随机变量称为离散型随机变量.怎样刻画离散型随机变量取值的平均水平和稳定程度呢? 甲、乙两个工人生产同一种产品,在相同的条件下,他们生产100件产品所出的不合格品数分别用X1,X2表示,X1,X2的概率分布如下. 2.问题. 如何比较甲、乙两个工人的技术? 二、学生活动 1.直接比较两个人生产100件产品时所出的废品数.从分布列来看,甲出0件废品的概率比乙大,似乎甲的技术比乙好;但甲出3件废品的概率也比乙大,

似乎甲的技术又不如乙好.这样比较,很难得出合理的结论. 2.学生联想到“平均数”,如何计算甲和乙出的废品的“平均数”? 3.引导学生回顾《数学3(必修)》中样本的平均值的计算方法. 三、建构数学 1.定义. 在《数学3(必修)》“统计”一章中,我们曾用公式x1p1+x2p2+…+x n p n 计算样本的平均值,其中p i为取值为x i的频率值. 类似地,若离散型随机变量X的分布列或概率分布如下: X x1x2…x n P p1p2…p n 其中,p i≥0,i=1,2,…,n,p1+p2+…+p n=1,则称x1p1+x2p2+…+x n p n为随机变量X的均值或X的数学期望,记为E(X)或μ. 2.性质. (1)E(c)=c;(2)E(aX+b)=aE(X)+b.(a,b,c为常数) 四、数学应用 1.例题. 例1高三(1)班的联欢会上设计了一项游戏,在一个小口袋中装有10个红球,20个白球,这些球除颜色之外完全相同.某学生一次从中摸出5个球,其中红球的个数为X,求X的数学期望. 分析从口袋中摸出5个球相当于抽取n=5个产品,随机变量X为5个球中的红球的个数,则X服从超几何分布H(5,10,30). 例2从批量较大的成品中随机取出10件产品进行质量检查,若这批产品的不合格品率为0.05,随机变量X表示这10件产品中的不合格品数,求随机变量X的数学期望E(X). 说明例2中随机变量X服从二项分布,根据二项分布的定义,可以得到:当X~B(n,p) 时,E(X)=np. 例3设篮球队A与B进行比赛,每场比赛均有一队胜,若有一队胜4场, 那么比赛宣告结束,假定A,B在每场比赛中获胜的概率都是1 2 ,试求需要比赛 场数的期望.

离散型随机变量的均值与方差(含答案)

离散型随机变量的均值与方差测试题(含答案) 一、选择题 1.设随机变量()~,B n p ξ,若()=2.4E ξ,()=1.44D ξ,则参数n ,p 的值为( ) A .4n =,0.6p = B .6n =,0.4p = C .8n =,0.3p = D .24n =, 0.1p = 【答案】B 【解析】由随机变量()~,B n p ξ,可知()==2.4E np ξ,()=(1)=1.44D np p ξ-,解得 6n =,0.4p =. 考点:二项分布的数学期望与方差. 【难度】较易 2.已知随机变量X 服从二项分布(),B n p ,若()()30,20E X D X ==,则p =( ) A .13 B .23 C .15 D .25 【答案】A 考点:二项分布的数字特征. 【题型】选择题 【难度】较易 3.若随机变量),(~p n B ξ,9 10 3 5==ξξD E ,,则=p ( ) A. 31 B. 32 C. 52 D. 5 3 【答案】A 【解析】由题意可知,()5,3 101,9E np D np p ξξ? ==????=-=?? 解得5,1,3n p =???=??故选A. 考点:n 次独立重复试验.

【题型】选择题 【难度】较易 4.若随机变量ξ的分布列如下表,其中()0,1m ∈,则下列结果中正确的是( ) ξ 0 1 P m n A .()()3 ,E m D n ξξ== B .()()2 ,E m D n ξξ== C .()()2 1,E m D m m ξξ=-=- D .()()2 1,E m D m ξξ=-= 【答案】C 考点:离散型随机变量的概率、数学期望和方差. 【题型】选择题 【难度】较易 5.已知ξ~(,)B n p ,且()7,()6E D ξξ==,则p 等于( ) A. 7 1 B. 6 1 C. 5 1 D. 4 1 【答案】A 【解析】∵ξ~(,)B n p ,∴()7,()(1)6E np D np p ξξ===-=,∴1 49,7 n p ==,故选A. 考点:二项分布的期望与方差. 【题型】选择题 【难度】较易 6.设随机变量ξ~(5,0.5)B ,若5ηξ=,则E η和D η的值分别是( )

独立随机变量期望和方差的性质

第七周多维随机变量,独立性 7.4独立随机变量期望和方差的性质 独立随机变量乘积的期望的性质: Y X ,独立,则()()() Y E X E XY E =以离散型随机变量为例,设二元随机变量(),X Y 的联合分布列() ,i j P X x Y y ==已知,则()()(),i j i j P X x Y y P X x P Y y ====?=, () 1,2,,; 1,2,,i m j n == ()() 11,m n i j i j i j E XY x y P X x Y y =====∑∑()() 11 m n i j i j i j x y P X x P Y y =====∑∑()() 1 1 m n i i j j i j x P X x y P Y y =====∑∑()() E X E Y =***********************************************************************独立随机变量和的方差的性质: Y X ,独立,则()()() Y Var X Var Y X Var +=+()()() 2 2 Var X Y E X Y E X Y ??+=+-+?? ()222E X XY Y =++()()()()22 2E X E X E Y E Y ??-++? ? ()()()()2 2 22E X E X E Y E Y =-+-()()()22E XY E X E Y +-()()()() 2 2 22E X E X E Y E Y =-+-()() Var X Var Y =+若12,,,n X X X 相互独立,且都存在方差,则()() 121 n m k k Var X X X Var X =+++=∑ ***********************************************************************利用独立的0-1分布求和计算二项分布随机变量()~,X b n p 期望和方差 我们在推导二项分布随机变量的方差时,已经利用了独立随机变量和的方差等于方差

随机变量的数学期望与方差

第9讲随机变量的数学期望与方差 教学目的:1.掌握随机变量的数学期望及方差的定义。 2.熟练能计算随机变量的数学期望与方差。 教学重点: 1.随机变量的数学期望 For personal use only in study and research; not for commercial use 2.随机变量函数的数学期望 3.数学期望的性质 4.方差的定义 For personal use only in study and research; not for commercial use 5.方差的性质 教学难点:数学期望与方差的统计意义。 教学学时:2学时。 For personal use only in study and research; not for commercial use 教学过程: 第三章随机变量的数字特征 §3.1 数学期望 For personal use only in study and research; not for commercial use

在前面的课程中,我们讨论了随机变量及其分布,如果知道了随机变量X 的概率分布,那么X 的全部概率特征也就知道了。然而,在实际问题中,概率分布一般是较难确定的,而在一些实际应用中,人们并不需要知道随机变量的一切概率性质,只要知道它的某些数字特征就够了。因此,在对随机变量的研究中,确定其某些数字特征是重要的,而在这些数字特征中,最常用的是随机变量的数学期望和方差。 1.离散随机变量的数学期望 我们来看一个问题: 某车间对工人的生产情况进行考察。车工小张每天生产的废品数X 是一个随机变量,如何定义X 取值的平均值呢? 若统计100天,32天没有出废品,30天每天出一件废品,17天每天出两件废品,21天每天出三件废品。这样可以得到这100天中每天的平均废品数为 27.1100 21 3100172100301100320=?+?+?+? 这个数能作为X 取值的平均值吗? 可以想象,若另外统计100天,车工小张不出废品,出一件、二件、三件废品的天数与前面的100天一般不会完全相同,这另外100天每天的平均废品数也不一定是1.27。 对于一个随机变量X ,若它全部可能取的值是 ,,21x x , 相应的概率为 ,,21P P ,则对X 作一系列观察(试验)所得X 的试验值的平均值是随机的。但是,如果试验次数很大,出现k x 的频率会接近于K P ,于是试验值的平均值应接近 ∑∞ =1 k k k p x

数理金融学作业1最优投资组合的计算(1):不存在无风险资产情形

最优投资组合的计算(1):不存在无风险资产情形 1.(1)什么是最小方差资产组合? (2)写出标准的最小方差资产组合的数学模型。(即不存在无风险资产时期望收益率为p r 的模型) (3)求解该模型,即求权重表达式及最小方差表达式 (4)已知市场上有两种证券,它们的收益率向量为12(,)T X X X =,假设X 服从联合正态分布,其期望收益率向量为()(1,2,0.5)T E X m ==,X 的 协方差矩阵为230 350001轾犏犏=犏犏臌 ? ,设某投资者的投资选择组合为12(,)T w w w = 求由这两种证券组成的均值-方差最优资产组合(允许卖空)12(,)T w w w =与其对应的最小方差,并画出有效前沿图。 2.解:(1)最小方差资产组合是指对确定的期望收益率水平有最小的方差之资产组合。 (2)对一定期望收益率p r ,选择资产组合使其总风险最小的数学模型为: 211min 22..()11 T p T p p T w w s t E X w r w s m ==壮?? (3)应用标准的拉格朗日乘数法求解:令 其中1l 和2l 为待定参数,最优解应满足的一阶条件为: 121 2 10; 0;110; T T p T L w w L r w L w l m l m l l ?=-????=-???=-??? 得最优解:* 1 12(1)w l m l -=? ? 。 令1 1 1 ,11,T T T a b m m m m ---===邋 1 211,T c ac b -=D =-? 则12,.p p r c b a r b l l --= = D D 最小方差资产组合方差为:2 **21()T p p c b w w r c c s == -+D ? 当p b r c =时,资产组合达到最优组合,最优组合*1 11w c -= ? , 最优组合方差为:*2 1p c s =。

方差计算公式的证明

方差计算公式的证明 (1)用新数据法求平均数 当所给的数据都在某一常数a的上下波动时,一般选用简化公式:=+a.其中,常数a通常取接近这组数据平均数的较“整”的数,=-a,=-a,…,=-a ○1 =(+)是新数据的平均数(通常把,,…,,叫做原数据, ,,…,,叫做新数据)。证明: 把○1左边的数据相加,把○1右边的数据相加,得到一个等式: +=-a+-a+…+-a +=++…+-na =—a 即○2 亦即=+a (2)方差的基本公式 方差的基本公式由方差的概念而来。方差的概念是:在一组数据,,,中,各数据与他们的平均数的差的平方的平均数,叫做这组数据的方差。通常用“” 表示,即: =[+] (3) 方差的简化计算公式 =[++…+)-n] 也可写成=[++…+)]- 此公式的记忆方法是:方差等于原数据平方的平均数减去平均数的平方。 证明: =[+] =[++++…++] =[++…+)-2++…++n] =[++…+)-2n =[++…+)-2n =[++…+)-n] =++…+)-………………..(I)

根据○1,有=+a,=+a,…=+a,和=+a(详见(1)的证明) 代入简化公式(I),则有: =[()+()+…()- =[(++…+)+2a(++…+)+n]-(+2a+) =(++…+)+2a+-2a- =(++…+)+ 2a+ =(++…+)…………………….(II) 此公式的记忆方法是:方差等于新数据平方的平均数减去新数据平均数的平方。 由方差的基本公式,经恒等变形后,产生了简化公式(I);由简化公式(I)进行等 量代替产生了简化公式(II).因此,基本公式和简化公式(I)(II)所计算出的方 差都相同。基本公式和简化公式(I)按原数据,,…,计算方差;简化公 式(II)按新数据,,…,计算方差,计算出的方差相同。 (4) 用新数据法计算方差 原数据,,…,的方差与新数据=-a,=-a,…,=-a的方差相等。也就 是说,根据方差的基本公式,求得的,,…,的方差就等于原数据 ,,…,的方差。 证明: 把○1式里的每一个式子的两边,减去○2式的两边(左边-左边,右边-右边)有: -=(-a)-(-a)=- -=(-a)-(-a)=- ………… -=(-a)-(-a)=- 再把以上每一个新生成等式左右两边平方,即有左2=右2: ()=() ()=() ………… ()=() 最后把这些式子的左边加左边,右边加右边,其和分别除以n,即有:[()+()+…+()]=[+] 这就是根据方差的基本公式,求得的,,…,的方差就等于原数据 ,,…,的方差。

随机变量的均值与方差

随机变量的均值与方差 一、填空题 1.已知离散型随机变量X 的概率分布为 则其方差V (X )=解析 由0.5+m +0.2=1得m =0.3,∴E (X )=1×0.5+3×0.3+5×0.2=2.4,∴V (X )=(1-2.4)2×0.5+(3-2.4)2×0.3+(5-2.4)2×0.2=2.44. 答案 2.44 2.(优质试题·西安调研)某种种子每粒发芽的概率都为0.9,现播种了1 000粒,对于没有发芽的种子,每粒需再补种2粒,补种的种子数记为X ,则X 的数学期望为________. 解析 设没有发芽的种子有ξ粒,则ξ~B (1 000,0.1),且X =2ξ,∴E (X )=E (2ξ)=2E (ξ)=2×1 000×0.1=200. 答案 200 3.已知随机变量X 服从二项分布,且E (X )=2.4,V (X )=1.44,则二项分布的参数n ,p 的值分别为________. 解析 由二项分布X ~B (n ,p )及E (X )=np ,V (X )=np ·(1-p )得2.4=np ,且1.44=np (1-p ),解得n =6,p =0.4. 答案 6,0.4 4.随机变量ξ的取值为0,1,2.若P (ξ=0)=1 5,E (ξ)=1,则V (ξ)=________. 解析 设P (ξ=1)=a ,P (ξ=2)=b , 则????? 15+a +b =1,a +2b =1, 解得????? a =3 5,b =1 5,

所以V(ξ)=(0-1)2×1 5+(1-1) 2× 3 5+(2-1) 2× 1 5= 2 5. 答案2 5 5.已知随机变量X+η=8,若X~B(10,0.6),则E(η),V(η)分别是________.解析由已知随机变量X+η=8,所以有η=8-X.因此,求得E(η)=8-E(X)=8-10×0.6=2,V(η)=(-1)2V(X)=10×0.6×0.4=2.4. 答案 2.4 6.口袋中有5只球,编号分别为1,2,3,4,5,从中任取3只球,以X表示取出的球的最大号码,则X的数学期望E(X)的值是________. 解析由题意知,X可以取3,4,5,P(X=3)=1 C35= 1 10, P(X=4)=C23 C35= 3 10,P(X=5)= C24 C35= 6 10= 3 5, 所以E(X)=3×1 10+4× 3 10+5× 3 5=4.5. 答案 4.5 7.(优质试题·扬州期末)已知X的概率分布为 设Y=2X+1,则 解析由概率分布的性质,a=1-1 2- 1 6= 1 3, ∴E(X)=-1×1 2+0× 1 6+1× 1 3=- 1 6, 因此E(Y)=E(2X+1)=2E(X)+1=2 3. 答案2 3 8.(优质试题·合肥模拟)某科技创新大赛设有一、二、三等奖(参与活动的都有奖)且相应奖项获奖的概率是以a为首项,2为公比的等比数列,相应的奖金分

方差计算公式的变形及应用

方差计算公式的变形及应用 江苏 庄亿农 我们知道,对于一组数据x 1、x 2、…x n ,若其平均数为x ,则其方差可用公式 S 2=21)[(1 x x n -+22)(x x -+…+2)(x x n -]计算出来.我们可以对其作如下变形: 2s =n 1[( x 21+2x -2 x 1x )+( x 22+2x -2 x 2x )+…+( x 2n +2x -2 x n x )]=n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )+n 2x -2x ( x 1+ x 2+…+ x n )]= n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )+ n 2x -2n 2x ]=n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )-n 2x ]=n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )-n 1(x 1+x 2+…+ x n )2],即2s =n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )-n 1(x 1+x 2+…+ x n )2].显然当x 1=x 2=…=x n 时,2s =0. 这个变形公式很有用处,在解决有些问题中,巧妙地利用这个变形公式,可化繁为简,具有事半功倍之效. 一、判断三角形形状 例1 若△ABC 的三边a 、b 、c ,满足b+c=8,bc=a 2-12a+52,试判断△ABC 的形状. 解析:因为b+c=8,所以(b+c)2=64,所以b 2+c 2=64-2bc .因为bc=a 2-12a+52,所以b 2+c 2=64-2(a 2-12a+52)=-2a 2+24a -40.由方差变形公式知,b 、c 的方差为2s = 21[(b 2+c 2)-21(b+c)2]= 21[(-2a 2+24a -40)-2 1×64]=-a 2+12a -36=-(a -6)2.因为2s ≥0,则-(a -6)2≥0,即 (a -6)2≤0,而(a -6)2≥0,所以(a -6)2=0,所以a -6=0,所以a=6.所以2s =0, 所以b=c .又b+c=8,所以b=c=4.所以△ABC 是等腰三角形. 二、解方程组 例2 解方程组?? ???+==+22493z xy y x . 解析:两个方程,三个未知数,一般情况下是求不出具体的未知数的值的.若考虑利用方差变形公式,则能解决问题. 因为x+y=3,所以(x+y)2=9,所以x 2+y 2=9-2xy .因为xy= 4 9+2z 2,所以x 2+y 2=9-2(49+2z 2)=29-4z 2.由方差变形公式知,x 、y 的方差为2s =21[ (x 2+y 2)-21(x+y)2]=21[2 9-4z 2-21×9]=-2z 2.因为2s ≥0,-2z 2≥0,则2z 2≤0,而z 2≥0,所以z=0.所以2s =0,所以

第章资产组合计算

第5章资产组合计算 资产组合是实务性比较强的内容,通过本章的学习,要求读者掌握协方差与相关系数之间的相互推导,熟悉资产组合基本理论,学会用MATLAB计算投资组合基本参数,如均值与方差、资产组合VaR,重点掌握资产组合有效前沿的计算,能够处理无风险利率以及借贷关系情况下的最优投资组合,会用MATLAB规划工具箱求解投资组合最优化问题。 资产组合基本原理 证券投资组合理论(Portfolio Theory)主要研究如何配置各种不同的金融资产,实现资产组合的最佳投资配置。1952年美国学者马克维茨创立了资产组合理论,该理论在实践中得到广泛运用。 收益率序列与价格序列间的转换 1.将收益率序列转换为价格序列 在处理金融时间序列时,有时需要把收益率序列转换为价格序列。在MATLAB中将收益率序列转换为价格序列的函数是ret2tick。 调用方式 [TickSeries,TickTimes]=ret2tick(RetSeries,StartPrice,RetIntervals,StartTime,Meth od) 输入参数 RetSeries %收益率序列 StartPrice %(0ptional)起始价格,默认值是1 RetIntervals %(0ptional)收益率序列的时间间隔,默认值是l StartTime %(optional)价格开始计算的时间,默认值是0

Method %(Optionl)转换方法。Method='Simple'表示简单,)r 1(P p 1t t 1t +++=;Method ='Continous'表示连续法,1t r t 1t e P P +=+。 输出参数 TickSeries %价格序列 TickTimes %与价格对应的时间序列 例5-1己知资产收益率以及时间间隔如表所示 表 资产收益率及时间 起始价格为10元,起始时间为2000年12月18日,试求该资产价格时间序列,收益率采用离散方法。 在MATLAB 中执行以下命令: RetSeries=[,,]'; RetIntervals=[182,91,92]'; StartPrice=10; StartTime=datenum('18-Dec-2000'); [TickSeries,TickTime]=ret2tick(RetSeries,StartPrice,RetIntervals,StartTime) datestr(TickTimes) ans = 18-Dec-2000 18-Jun-2001 17-Sep-2001 18-Dec-2001 这样就把收益率时间序列转换为价格时间序列,结果如表所示。 表 资产各时间的价格

资产组合有效集定理

资产组合的有效集定理 (一)资产组合收益与风险的测定 1、资产组合的收益 资产组合的预期收益是资产组合中所有资产预期收益率的加权平均。设一项资产组合中含有n项资产,令r i表示第i种资产的收益率,w i表示第i种资产在组合中的比例。则组合P的预期收益率为: E(r P)=E(w1r1+ w2r2…+ w n r n) = w1E(r1)+ w2E(r2)+…+ w n E(r n) =∑w i E(r i) 其中,∑w i =1,i=1,2,…,n。 2、资产组合的风险 衡量资产组合风险的工具是证券组合的方差。资产组合的方差不仅和其组成资产的方差有关,同时还与组成资产之间的相关程度有关。 对于有n项资产的组合P来说,其总方差为: σ P 2=∑∑w i w j cov(r i ,r j);w i和w j分别表示资产i和资产j的投资权重 其中当i=j时,cov(r i,r j)表示资产i收益的方差,即cov(r i,r j)=σi2 当i≠j时,cov(r i,r j)表示资产i和资产j收益间的协方差。用公式表示: cov(r i ,r j) =E{[ r i- E(r i)][ r j- E(r j)]} 协方差反映了两个证券收益同时变化的测度。 如果cov(r i,r j)>0,即协方差为正数,那么证券i和证券j的收益呈同向变化,即当证券i的收益大于其预期收益E(r i)时,证券j的收益也大于它的预期收益。 反之,如果cov(r i,r j)<0,即协方差为负数,那么证券i和证券j的收益呈反向变化。

为了能更清晰地说明两个证券之间的相关程度,通常把协方差正规化,使用资产i和资产j收益间的相关系数ρij,用公示表示: ρij= cov(r i,r j)/σiσj,其中σi和σj分别表示证券i和j的标准差,ρij的取值范围为[-1,1]。 当ρij=1时,证券i和j是完全正相关的。 当ρij=-1时,证券i和j是完全负相关的。 当ρij=0时,证券i和j之间不存在相关关系 重点关注由两种证券构成的投资组合: 这一投资组合的收益: E(r P)=E(w1r1+ w2r2)= w1E(r1)+ w2E(r2) 这一投资组合的方差: σ P 2=w 1 2σ 1 2+w 2 2σ 2 2+ 2w 1 w 2 cov(r 1 ,r2) =w12σ12+w22σ22+ 2w1w2ρ12σ1σ2 当ρ 12=1时,σ P =w1σ1+w2σ2;此时组合标准差等于组合中单个证券标准差 的加权平均值。 当ρ 12=0时,σ P =(w12σ12+w22σ22)1/2 当ρ 12=-1时,σ P =|w1σ1-w2σ2| 显然,投资组合的标准差在ρ 12=-1时最小,ρ 12 =1时最大。 例:已知证券组合P是由证券1和证券2构成,两种证券的预期收益和标准差分别为E(r1)=20%,σ1=10%;E(r2)=25%,σ2=20%,并且两种证券的权重分别为w1=w2=50%,请计算由这两种证券所构成的证券组合P的预期收益率,并分别 计算ρ 12=1,ρ 12 =0,ρ 12 =-1时证券组合P的标准差。 答:证券组合P的预期收益率为:

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