建模示例投资的收益和风险

数学建模示例
（1998A）
——投资的收益和风险
建模示例——投资的收益和风险(1998A)
市场上有n种资产Si(i=1,2……n)可以选择, 现用数额为 M的相当大的资金作一个时期的投资. 这n种资产在这一时
期内购买Si的平均收益率为ri, 风险损失率为qi, 投资越分散,
总的风险越小, 总体风险可用投资的Si中最大的一个风险
S1 28 2.5 1 103 资金M, 有选择地购买若干
S2 21 1.5 2 198 种资产或存银行生息, 使
S3 23 5.5 4.5 S4 25 2.6 6.5
52 净收益尽可能大, 使总体 40 风险尽可能小.
2)使就一般情况对以上问题进行讨论，并利用下表数据进 行计算:
Si ri(%) qi (%) pi (%) ui (元) S1 9.6 42 2.1 181 S2 18.5 54 3.2 407 S3 49.4 60 6.0 428 S4 23.9 42 1.5 549 S5 8.1 1.2 7.6 270 S6 14 39 3.4 397 S7 40.7 68 5.6 178 S8 31.2 33.4 3.1 220 S9 33.6 53.3 2.7 457 S10 36.8 40 2.9 248
通常在分析 问题时，需要 取多组不同的
n
max Q( x) ri pi xi i0
s.t. qi xi a0M , i 1,2,n
风险水平a0，观 察净收益的变
n
(1 pi )xi M
化情况，以便 给出合理的风 险水平a0。
i0
xi 0, i 1,2,, n
如取风险水平a0＝0:0.001:0.1，可看出净收益的变 化情况如图。
简化后的模型——双目标线性规划模型
n
max Q( x) ri pi xi i0
min P( x, )
s.t. qi xi , i 1,2,n
n
(1 pi )xi M
i0
xi 0, i 1,2,, n
四、模型求解
解法1 固定风险 水平，极大化净 收益——模型1
解法2 固定净收 益水平,极小化风 险损失——模型2
Si ri(%) qi (%) pi (%) ui (元) S11 11.8 31 5.1) 195 S12 9 5.5 5.7 320 S13 35 46 2.7 267 S14 9.4 5.3 4.5 328 S15 15 23 7.6 131
二、基本假设和符号规定
基本假设：
1. 投资数额M相当大, 为了便于计算，假设M=1；
2. 投资越分散，总的风险越小；
3. 总体风险用投资项目Si中最大的一个风险来度量；
4. n种资产Si之间是相互独立的；
5. 在投资的这一时期内, ri, pi, qi, r0为定值, 不受意外因素影响;
6. 净收益和总体风险只受 符号规定：
ri,
pi,
qi影响，不受其他因素干扰。
Si -------第i种投资项目，如股票，债券; ri, pi, qi ----分别为Si的平均收益率, 风险损失率, 交易费率; ui ---------Si的交易定额; r0 ---------同期银行利率; xi -------投资项目Si的资金; Q(x) ------总体收益函数;
0.3
1.00 0 0 0.66 0.08 0.13 0.33 0.16 0.27
0 0.24 0.40 0 0.32 0.53 0 0.40 0.58 0 0.48 0.51 0 0.56 0.43 0 0.64 0.35 0 0.72 0.27 0 0.80 0.19 0 0.88 0.11 0 0.96 0.03 0 0.99 0
0 0.04 0.07 0.11 0.13
0 02 0.15 0.004 0.22 0.006
0 0.008 0 0.01 0 0.012 0 0.014 0 0.016 0 0.018 0 0.020 0 0.022 0 0.024 0 0.026
n
max Q( x) ri pi xi i0
min P( x, )
s.t. nqi xi , i 1,2,n
(1 pi )xi M
i0
xi 0, i 1,2,, n
解法3 权衡资产风险和预期净收益两方面, 对风险、 收益赋予权重s和1－s(s称为投资偏好系数)——模型3
模型1 确定风险水平a0，使每一项投资的风险损失 不超过a0*M，并极大化净收益，来得到最优投资组 合——把多目标问题转化为单目标问题
P(x)-------总体风险函数；
三、模型的建立与分析
1. 总体风险用所投资的Si中最大的一个风险来衡量,即 2. max{ qixi|i=1，2,…n}
2．购买Si所付交易费是一个分段函数, 即交易费= pimax{ui, xi};
3．要使净收益尽可能大,总体风险尽可能小, 这是一个多目标规
划模型:
来度量. 购买Si时要付交易费 (费率pi), 当购买额不超过给
定值ui时, 交易费按购买ui计算. 另外, 假定同期银行存款利
率是r0, 既无交易费又无风险(r0=5%). 已知n=4时相关数据
如下：
1)试给设计一种投资
Si ri(%) qi (%) pi (%) ui (元) 组合方案, 即用给定达到
n
n
Q( x) ri xi pi maxui , xi ri pi xi
i0
i0
2) 简化总体风险函数P(x):
令 max qi xi i 1,2,, n ;则
min P( x) maxqi xi i 1,2,, n
min P( x, ) s.t. qi xi , i 1,2,n
n
目 max Q( x) ri xi pi maxui , xi
标
i0
min P( x) max qi xi i 1,2,, n
n
约 束
(1 pi )xi M
i0
条 件
xi 0, i 1,2,, n
4. 模型简化：
1) 简化总收益函数Q(x)
购买Si所付交易费是一个分段函数, 即交易费= pimax{ui, xi}; 而题目所给定的定值ui(单位:元)相对总投资M很小, piui更小,可 以忽略不计, 这样购买Si的净收益为(ri-pi)xi