金融数学第二章均值-方差资产选择模型
投资组合优化的数学模型

投资组合优化的数学模型一、引言投资组合优化是金融领域的一个重要问题,其目的是通过合理地分配不同资产的权重,使得投资组合的收益最大化或风险最小化。
在实际投资中,很多投资者都会采用投资组合优化方法进行资产配置,以期达到最优化的投资效果。
本文将对投资组合优化的数学模型进行分析和探讨。
二、投资组合优化模型投资组合优化模型可以分为两类:均值-方差模型和风险价值模型。
下面将分别进行介绍。
1.均值-方差模型均值-方差模型是目前最为广泛使用的投资组合优化模型。
其核心思想是通过计算投资组合的期望收益和风险来优化资产配置。
具体来说,该模型首先计算出每种资产的预期收益率和标准差,然后在给定预期收益率的条件下,通过调整各资产的权重,使得投资组合的方差最小化。
均值-方差模型的数学表达式如下:$$\begin{aligned} \min \frac{1}{2}w^{T}\Sigma w \\ s.t.\:w^{T}r= \mu,\: w^{T}\mathbb{1}=1, \:w_i \geq 0 \end{aligned}$$其中,$w$为资产权重向量,$\Sigma$为资产之间的协方差矩阵,$r$为资产的预期收益率向量,$\mu$为投资组合的预期收益率,$\mathbb{1}$为全1向量。
该模型通过最小化风险的方式,来达到最大化收益的目的。
但是,由于均值-方差模型假设资产收益率服从正态分布,并且只考虑了资产的一阶统计量,忽略资产之间的非线性关系,因此在实际应用中有着一定的局限性。
2.风险价值模型风险价值模型是一种相对新的投资组合优化模型,与均值-方差模型相比,其考虑的是投资组合的非对称风险。
与传统的风险度量方法不同,风险价值模型采用了风险价值(Value-at-Risk,VaR)作为风险度量。
VaR是指在一定置信水平下,某资产或投资组合的最大可能损失,即在置信水平为$\alpha$的条件下,VaR表示的是在未来一段时间里资产或投资组合可能出现的最大损失。
股票投资组合分析——基于均值-方差模型

股票投资组合分析——基于均值-方差模型股票投资组合分析——基于均值-方差模型概述:在金融领域,股票投资是一种常见的投资方式。
投资者希望通过合理配置不同股票的组合来降低投资风险并获得更高的收益。
基于均值-方差模型,本文将对股票投资组合进行分析,以帮助投资者做出更明智的投资决策。
一、均值-方差模型简介均值-方差模型是一种常见的金融模型,用于评估资产组合的预期收益和风险。
该模型基于以下两个假设:1. 假设收益率服从正态分布,即所有的资产收益率都可以用均值和方差来衡量。
2. 假设投资者关注的是资产组合的整体风险和收益,而不是单个资产的风险和收益。
二、构建股票投资组合在构建股票投资组合之前,投资者首先需要选择合适的股票。
选择股票的关键是分析其基本面、行业前景和估值等因素,以确定是否具备投资潜力。
在选择股票后,投资者可以通过确定权重的方式将它们组合在一起。
三、计算投资组合的预期收益率和风险通过均值-方差模型,可以计算投资组合的预期收益率和风险。
预期收益率可以通过计算加权平均值得出,其中权重为各个股票的权重。
预期风险可以通过计算投资组合的方差得出。
四、有效前沿和最优投资组合有效前沿是指在给定风险水平下,能够获得最大预期收益的所有投资组合构成的边界。
在有效前沿上,每个投资组合的预期收益率都是相同的,但风险不同。
最优投资组合则是在风险水平给定的情况下,能够获得最大预期收益的投资组合。
五、资本市场线和风险资产定价模型资本市场线是连接无风险利率和最优投资组合的直线。
它描述了预期收益率与风险之间的关系。
在资本市场线上,每个投资组合的预期收益率都是最大的。
风险资产定价模型则是通过比较资产的预期收益率和风险,判断它们是否被正确定价。
六、买入和卖出策略通过股票投资组合的分析,投资者可以根据自己的风险承受能力和投资目标制定买入和卖出策略。
根据预期收益率和风险,投资者可以决定是否进行调整或平衡投资组合。
七、风险管理和监控风险管理和监控是投资组合管理的重要环节。
均值—方差证券资产组合理论

均值—方差证券资产组合理论1. 简介均值—方差证券资产组合理论,也被称为马科维茨模型,是现代投资组合理论的基础。
该理论由美国经济学家哈里·马科维茨于1952年提出,并在1959年获得了诺贝尔经济学奖。
这一理论通过权衡资产组合的预期收益率和风险来寻找最佳的投资组合。
2. 理论原理均值—方差证券资产组合理论的核心原理在于风险与收益之间的平衡。
根据该理论,投资者可以通过有效的资产配置,实现在给定风险水平下最大化投资组合的预期收益率。
具体来说,均值—方差模型在计算资产组合时,考虑了以下两个重要指标:2.1 均值均值指的是资产组合的预期收益率。
通过对各个资产的历史数据进行分析和估计,可以计算出每个资产的预期收益率,并据此求得资产组合的整体预期收益率。
2.2 方差方差表示资产组合的风险程度。
在均值—方差模型中,方差用于衡量资产之间的波动性和相关性。
如果两个资产的收益变动具有较高的相关度,那么它们之间的方差较小;反之,如果两个资产的收益变动独立或者相关度较低,那么它们之间的方差较大。
3. 资产组合优化基于均值—方差证券资产组合理论,投资者可以通过优化资产组合来实现风险与收益之间的最佳平衡。
具体的资产组合优化包括以下几个步骤:3.1 数据准备在优化资产组合之前,首先需要收集并整理相关的数据。
这些数据包括各个资产的历史收益率、期望收益率以及方差。
通常,投资者可以通过金融数据提供商或者证券公司获取这些数据。
3.2 风险-收益曲线通过对各个资产的历史数据进行分析和计算,可以得到不同投资组合的风险和收益指标。
在优化资产组合之前,投资者可以绘制出风险-收益曲线,以便直观地了解不同投资组合之间的收益和风险的关系。
3.3 最优组合根据风险-收益曲线,可以找到在给定风险水平下具有最高预期收益率的投资组合。
这个投资组合被称为最优组合,也是均值—方差模型的核心输出。
3.4 边际效益在确定最优组合后,投资者可以通过计算边际效益来衡量每个资产对投资组合的贡献。
投资理论解析

投资理论解析投资是指将资金投入到某种项目或资产中,以期望获得收益的行为。
投资理论则是对投资行为背后原理和方法的探索与总结。
在这篇文章中,我们将对几种常见的投资理论进行解析,以帮助读者更好地进行投资决策。
一、有效市场假说有效市场假说是由美国经济学家尤金·弗雷迪曼于20世纪60年代提出的。
该理论认为,市场上的价格反映了所有可获得的信息,投资者无法通过预测市场走势或选择优质的投资标的来获得超额收益。
因此,投资者应该采取被动投资策略,即通过指数型基金等方式来进行投资,以跟随市场波动。
二、均值-方差模型均值-方差模型是由马科维茨在1952年提出的投资组合理论。
该模型认为投资者在选择投资组合时应考虑预期收益和风险之间的均衡。
通过分析资产的收益率和方差,投资者可以找到最优的资产配置方案。
在均值-方差模型中,投资者需要根据个人的风险承受能力和投资目标来确定合适的资产配置比例,以达到最大化收益和最小化风险的目的。
三、行为金融学行为金融学是对传统金融理论的一种补充和扩展。
传统金融理论假设投资者在决策时是理性的,而行为金融学则认为投资者的决策常常受到情绪、心理偏差和群体行为等非理性因素的影响。
因此,行为金融学强调投资者应该认识到自己的行为偏差,并采取相应的措施来规避风险。
例如,投资者可以采用分散投资策略、定期检查投资组合等方式来降低非理性决策的负面影响。
四、资本资产定价模型资本资产定价模型(CAPM)是一种量化投资风险和预期收益之间关系的模型。
该模型通过衡量投资组合相对于市场的系统风险、特定风险以及预期的市场回报率,来确定一个合理的资本成本和预期收益率。
利用CAPM模型,投资者可以进行投资标的的评估和定价,以辅助投资决策。
总结:本文对几种常见的投资理论进行了解析,包括有效市场假说、均值-方差模型、行为金融学和资本资产定价模型。
这些理论为投资者提供了不同的思路和工具,以便在投资决策中更加理性地权衡风险和收益。
马科维兹的均值——方差数学模型

IT 大视野数码世界 P .38马科维兹的均值—方差数学模型邹世杰 成都外国语学校高新校区摘要:金融数学是一门应用性非常强的数学学科,有其独有的方法与理论基础。
另一方面,这门学科的发展常常得益于从其它的数学分支中吸取有启发性的方法与概念。
证券理论是金融数学研究中的一个重要的课题。
证券理论的研究方法主要来自于统计学,而统计学的基础是概率论。
我们这篇论文通过引入概率论中的一些最基础的概念,详细地描述著名的经济学家马科维兹提出的均值—方差数学模型。
1.引言金融数学是一门应用性很强的数学学科,有其独有的方法与理论基础。
而另一方面,这门学科的发展常常得益于从不同的数学分支中吸取有启发性的方法与概念。
证券理论是金融数学中的一个重要的研究课题。
证券理论的研究方法主要来自于统计学,而概率论则是统计学的基础。
我们这篇论文主要通过引入概率论中的一些最基础的概念,进而详细地描述著名的经济学家马科维兹提出的均值—方差数学模型。
均值—方差数学模型由经济学家马科维兹在二十世纪五十年代的时候引入到金融数学的研究中。
这个著名的金融数学模型因为同时考虑了金融市场中收益与风险两个主要的组成要素,并且这个模型本身的数学表达格外简单,所以它一经发表就迅速地发展成为了现代证券组合理论中的一块基石,并且为金融数学此后的发展开创了新的局面。
马科维兹本人也因这项工作获得了1990年度的诺贝尔经济学奖。
这篇论文的结构如下,在第二节中我们将主要介绍概率论中的一些最基础的概念,特别是均值与方差的概念,这主要是为了我们在接下来的章节里描述均值—方差模型做好必要的数学知识的准备。
第三节是我们这篇论文的核心,我们将详细地描述马科维兹提出的均值—方差数学模型。
最后一节我们将简要地对这篇论文进行总结,并讨论接下来可能的学习与研究方向。
2. 概率统计学的预备知识在这一章节中,我们将把我们的主要焦点放在对数学知识的介绍上,特别是概率论中的一些最基础的概念。
为了简便起见,我们假设整个论文中涉及的随机变量(稍后我们将给出它的正式定义)都是离散型的随机变量,介于我们这一篇论文的内容,这个假设也是合理的。
马克维茨均值-方差模型

马克维茨均值-方差模型马克维茨均值方差模型(Markowitz MeanVariance Model)是投资组合理论中的一种经典模型,旨在求解投资组合中各个资产的权重,以达到最优的风险收益平衡。
本文将一步一步回答与该模型相关的问题,并详细探讨其应用和局限性。
第一步:理解均值方差模型的基本概念马克维茨均值方差模型的核心思想是基于投资者根据期望收益和风险偏好,通过构建有效前沿,选择最优的投资组合。
其中,均值是指资产的期望收益,方差是指资产收益的波动程度。
该模型假设投资者的决策基于"均值方差效用函数",并将投资者的目标简化为寻找最大化投资收益或最小化投资风险的点。
第二步:计算资产预期收益率和协方差矩阵在马克维茨均值方差模型中,首先需要计算各个资产的预期收益率和协方差矩阵。
预期收益率可以通过历史数据或专业分析师的预测得出。
协方差矩阵则衡量不同资产之间的相关性和波动性,反映了资产收益的联动程度。
通过计算预期收益率和协方差矩阵,可以为后续的建模提供基础数据。
第三步:优化模型求解最优投资组合在构建投资组合时,需要设定投资者的目标和约束条件。
目标可以是最大化预期收益或最小化投资风险,约束条件可以包括资产权重的上下限、风险承受能力等。
利用数学优化方法,如线性规划或二次规划,可以求解出最优投资组合,即在给定约束条件下最大化预期收益或最小化投资风险。
第四步:有效前沿和资产配置通过改变投资组合中不同资产的权重,可以构建不同的投资组合。
根据马克维茨均值方差模型,我们可以绘制出一个被称为"有效前沿"的曲线,表示在给定风险水平下,能够达到的预期收益的最优组合。
有效前沿帮助投资者了解可行的投资组合,从中选择最佳的配置方案。
第五步:风险敞口和资产多样化马克维茨均值方差模型强调了通过资产多样化来降低投资风险。
投资者可以通过在投资组合中加入不同类型、不同行业、不同地域等各类资产,从而分散和平衡风险。
马柯维茨均值-方差模型

马柯维茨均值-方差模型在丰富的金融投资理论中,组合投资理论占有非常重要的地位,金融产品本质上各种金融工具的组合。
现代投资组合理论试图解释获得最大投资收益与避免过分风险之间的基本权衡关系,也就是说投资者将不同的投资品种按一定的比例组合在一起作为投资对象,以达到在保证预定收益率的前提下把风险降到最小或者在一定风险的前提下使收益率最大。
从历史发展看,投资者很早就认识到了分散地将资金进行投资可以降低投资风险,扩大投资收益。
但是第一个对此问题做出实质性分析的是美国经济学家马柯维茨(Markowitz)以及他所创立的马柯维茨的资产组合理论。
1952年马柯维茨发表了《证券组合选择》,标志着证券组合理论的正式诞生。
马柯维茨根据每一种证券的预期收益率、方差和所有证券间的协方差矩阵,得到证券组合的有效边界,再根据投资者的效用无差异曲线,确定最佳投资组合。
马柯维茨的证券组合理论在计算投资组合的收益和方差时十分精确,但是在处理含有较多证券的组合时,计算量很大。
马柯维茨的后继者致力于简化投资组合模型。
在一系列的假设条件下,威廉·夏普(William F. Sharp)等学者推导出了资本资产定价模型,并以此简化了马柯维茨的资产组合模型。
由于夏普简化模型的计算量相对于马柯维茨资产组合模型大大减少,并且有效程度并没有降低,所以得到了广泛应用。
1 模型理论经典马柯维茨均值-方差模型为:21min max ()..1p T p n i i X XE r X R s t x σ=⎧⎪=∑⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩∑T 其中,12(,,...,)T n R R R R =;()i i R E r =是第i 种资产的预期收益率;12(,,...,)T n X x x x =是投资组合的权重向量;()ij n n σ⨯=∑是n 种资产间的协方差矩阵;()p p R E r =和2p σ分别是投资组合的期望回报率和回报率的方差。
点睛:马柯维茨模型以预期收益率期望度量收益;以收益率方差度量风险。
《数理金融》习题参考答案

《数理金融》习题参考答案第一章〔P52〕题1-1 希德劳斯基模型的金融学含义是什么?解:参考方程〔1.2.13〕式后面的一个自然段。
题1-2 欧拉方程的经济学和金融学的含义是什么?解:参考方程〔1.5.9〕式和方程〔1.5.10〕式后面的一个自然段。
题1-3 假如你借款1000美元,并以年利率8%按每季度计息一次的复利形式支付利息,借期为一年。
那么一年后你欠了多少钱?解: 每季度计息一次的8%的年复合利率,等价于每个季度以2%的单利利率支付一次利息,而每个季度索要的利息,不仅要考虑原有的本金,而且还要加上累计到该时刻的利息。
因此,一个季度后你的欠款为: 1000(1+0.02)两个季度后你的欠款为: 21000(1+0.02)(1+0.02)1000(1+0.02)=三个季度后你的欠款为: 231000(1+0.02)(10.02)1000(1+0.02)+=四个季度后你的欠款为:341000(1+0.02)(10.02)1000(1+0.02)1082.40+==题1-4 许多信用卡公司均是按每月计息一次的18%的年复合利率索要利息的。
假如在一年的年初支付金额为P ,而在这一年中并没有发生支付,那么在这一年的年末欠款将是多少? 解:如此的复合利率相当于每个月以月利率1812%1.5%=支付利息,而累计的利息将加到下一个月所欠的本金中。
因此,一年后你的欠款为:12P(1+0.015)1.1956P =题1-5 假如一家银行所提供的利息是以名义利率5%连续地运算利息,那么每年的有效利率应该是多少?解:有效利率应为:0.050.05eff Pe P r e 10.05127P-==-≈ 即有效利率是每年5.127%。
题1-6 一家公司在以后的5年中需要一种特定型号的机器。
这家公司当前有一台这种机器,价值6000美元,以后3年内每年折旧2000美元,在第三年年末报废。
该机器开始使用后,第一年运转费用在该年年初值为9000美元,之后在此基础上每年增加2000美元。
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第二章 均值方差资产选择模型
市场证券组合
市场证券组合(Market Portfolio)的概念是Fama于1968年提出来的,它是 指包括市场上每一种证券的总的组合,其中每种证券的组合权重等于该种证券 在市场交易中尚未清算部分的价值在市场上全部证券的总价值所占的比例。从 理论上讲,市场证券组合是风险性证券的理想证券组合,每个“具有高度理性” 的投资者都按一定的比例持有它。
16
第二章 均值方差资产选择模型
2 (RP ) 2 2 (R1) (1 )2 2 (R2 ) 2 (1 ) (R1) (R2 )
[ (R1) (1 ) (R2 )]2
{
E(Rp ) E(R1)
E(R2 ) E(R2 )
[
(
R1
)
(
R2
)]
(
R2
)}2
即
(Rp )
E(Rp ) E(R1)
M-V准则
2
M-LPV准则
第二章 均值方差资产选择模型
3
第二章 均值方差资产选择模型
均值-方差准则与随机占优准则的关系
在某些条件下期望-方差准则与随机占优准则是等价的。 M-V准则与SSD准则的等价关系
证明
4
第二章 均值方差资产选择模型
即 于是有
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
( r uF ) ( r uG )
F(r) (r uF ) ( r uG ) G(r)
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投资组合线
第二章 均值方差资产选择模型
两证券的投资组合线
E(RP ) E(R1) (1 )E(R2 )
1
(RP ) [ 2 2 (R1) (1 )2 2 (R2 ) 2 (1 ) (R1) (R2 )]2
15
第二章 均值方差资产选择模型
可以得到
E(Rp ) E(R2 )
第二章 均值-方差资产选择模型
➢均值-方差准则 ➢组合投资理论概述 ➢最优组合系数 ➢最小方差集
1
第二章 均值方差资产选择模型
第一节 均值-方差准则
均值-方差准则
假定投资者均为风险厌恶型,在具有相同的期望收益率的诸多投资机会中, 总是选择收益率方差最小的投资机会;或者在具有相同的收益率方差的诸种 投资机会中,总是选择期望收益率最大的投资机会。
E(R2 ) E(R2 )
[
(
R1)
(
R2
)]
(
R2
)
进一步的,在 (R) E(R) 坐标系下,即为直线
它们是从点
E
(
R
p
)
E
( (
R1 R1
) )
E
(R2 (R2
) )
[
(
Rp
)
(
R2
)]
E
(
R2
)
E
(
R
p
)
E
( (
R1 R1
) )
E
( (
R2 R2
) )
[
(
R
p
)
(
R2
)]
E
(
R2
)
[0,
9
第二章 均值方差资产选择模型
第二节 组合投资理论概述
组合向量
10
第二章 均值方差资产选择模型
解
xA
30000 50000
0.6
xB
60000 50000
1.2
xC
20000 50000
0.4
于是该投资的组合向量为
X (0.6,1.2,0.4)
11
第二章 均值方差资产选择模型
证券组合收益率期望与方差
r
r
F (t)dt G(t)dt
5
第二章 均值方差资产选择模型
6
第二章 均值方差资产选择模型
u G(t) F (t)]dt u G(2u x) F (2u x)]dx
u
G(2u t) F (2u t)]dt
u
{[G(t) G(2u t)] [F (t) F (2u t)]}dt 0 7
E(RP ) 0.510% 0.58% 9%
1
2 (RP ) [0.52 15% 0.52 12% 2 0.5 0.5 0.4 15% 12%]2 11.3%
投资组合的期望收益率介于两种证券之间,但是风险却比两种证券都要低。 这个简单的例子也说明了“不要将所有的鸡蛋放入同一个篮子”的原因。
此时,证券组合的收益率为
RP i (1 )RA
相应的收益率期望和方差分别为 E(RP ) i (1 )E(RA)
E(RP ) x1E(R1) x2E(R2 ) L xN E(RN )
2 (RP ) E{[ X R E( X R)][ X R E( X R)]}
X E{[R E(R)][R E(R)]}X
X X
NN
xi xjij
i1 j1
NN
xi xj iji j
i1 j1 12
第二章 均值方差资产选择模型
E(R1) E(R2 )
2 (RP ) 2 2 (R1) (1 )2 2 (R2 ) 2 (1 ) (R1) (R2 )
以下来看几种特殊情况
1
(RP ) [ 2 2 (R1) (1 )2 2 (R2 )]2 E(Rp ) E(R2 )
E(R1) E(R2 )
投资组合为双曲线。
如假设股票市场只有A和B两种股票构成,且股票A的均衡市场价格为400万 美元,股票B的均衡市场价格为600万美元,则显然任何“具有高度理性”的投资者 都会按照 2:3的比例投资A股和B股。
市场证券组合是一个理论上的抽象概念,现实生活中并不存在。通常的做 法是选取一些覆盖面较大的股票价格指数来代表它。如美国标准普尔500股指数 和道琼斯价格指数等。
E
( (
R1 R1
) )
E(R2
(R2
) )
(
R2
)
E
(
R2
)]
向右发射,斜率为
E(R1) E(R2 ) (R1) (R2 )
的两条射线。
17
第二章 均值方差资产选择模型
E(Rp
)
E ( R1 )
(R1)
E(R2
(R2
) )
[
(
Rp
)
( R2
)]
E ( R2
)
和
E
(
Rp
)
E
( (
R1 R1
) )
E
(R2 ( R2
) )
[
(
R
p
)
(
R2
)]
E
(
R2
)
18
第二章 均值方差资产选择模型
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第二章 均值方差资产选择模型
由图,至少可以得到两点结论: (1)投资组合线均通过A和B两点,且
20
第二章 均值方差资产选择模型
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第二章 均值方差资产选择模型
含债券和股票的两证券投资组合线
第二章 均值方差资产选择模型
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第二章 均值方差资产选择模型
M-LPV则与TSD准则的等价关系 定理2.2 对于绝对风险厌恶递减型投资者而言, M-LPV准则与TSD准则等价。
证明略。 值得注意的是,均值-方差准则的基本思想是以投资收益率的方差来作为
投资风险的度量,这正是大多数主流经济学家所认同的,因此在本书后续的章 节中,均采用这种度量方法.