基于Matlab圖形用戶界面的期權(quán)定價系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

張錚鐸 楊德平

摘要：? 針對期權(quán)定價模型在金融衍生品定價過程中存在的問題，本文開發(fā)了基于Matlab GUI的期權(quán)定價系統(tǒng)，實現(xiàn)證券和利率衍生品價格及敏感性的計算。該系統(tǒng)以BlackScholes、CRR模型、HW模型等期權(quán)定價模型為基礎(chǔ)，通過GUI空間的布局設(shè)計及回調(diào)函數(shù)的程序編寫，選取歐式期權(quán)和亞式期權(quán)的數(shù)據(jù)，運用期權(quán)定價模型分別計算價格和敏感度，驗證了將期權(quán)定價通過GUI實現(xiàn)的可行性，并以某筆期限為4年的貸款為例進(jìn)行帽子期權(quán)的計算驗證。驗證結(jié)果表明，該系統(tǒng)界面友好，操作簡單，準(zhǔn)確實現(xiàn)了各類金融衍生品的定價。該研究使用戶更加方便快捷的實現(xiàn)期權(quán)定價，提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：? Matlab GUI; 金融衍生品; 期權(quán)定價模型; 敏感度

中圖分類號： F830.91; TP317.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

隨著金融市場的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)、銀行等金融機構(gòu)和非金融機構(gòu)的投資者越來越多地使用金融衍生品進(jìn)行交易和規(guī)避風(fēng)險。在金融衍生品的應(yīng)用過程中，如何合理有效的定價成為關(guān)鍵問題，因此各國學(xué)者對期權(quán)定價模型進(jìn)行研究，并取得突破性發(fā)展[12]。然而期權(quán)定價模型對于普通投資者太過復(fù)雜，因此開發(fā)一款界面友好、操作簡單的期權(quán)定價系統(tǒng)成為研究重點。近年來，圖形用戶界面（graphical user interface，GUI）引起了許多學(xué)者的關(guān)注，劉芳等人[3]運用GUI構(gòu)建了電力電子電路仿真平臺;孫祥等人[4]運用GUI設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)，對信號及圖像處理進(jìn)行研究。還有一些學(xué)者將Matlab GUI設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，年興等人[5]研究了基于SVW的股指預(yù)測模型與GUI仿真;楊曉等人[6]運用Matlab GUI開發(fā)出馬氏鏈股價預(yù)測系統(tǒng)，并給出在實際股價預(yù)測過程中的應(yīng)用。在對各種期權(quán)定價及敏感度研究方面也有較快的進(jìn)展;葉志強等人[7]拓展出滿足實際需要的利率期權(quán)的隱含波動率表達(dá)式;李秉祥[8]研究了在有效期股票有連續(xù)分紅的情況下，對歐式期權(quán)定價的BS模型進(jìn)行了推廣;劉春艷等人[9]利用Matlab繪制了看漲期權(quán)的敏感性指標(biāo)曲線，并研究其變化規(guī)律;安占強等人[10]將標(biāo)準(zhǔn)二叉樹定價模型延伸至非正態(tài)期權(quán)定價模型;張鐵[11]利用隨機誤差校正方法，構(gòu)造出可計算各種期權(quán)價格的新型二叉樹參數(shù)模型;郭子君等人[12]證明了三叉樹公式定價是BlackScholes公式定價的近似;鄭小迎等人[13]創(chuàng)建了能夠反映亞式期權(quán)路徑依賴特征的多因素定價模型;王維國等人[14]結(jié)合幾何亞式期權(quán)敏感性參數(shù)的估計，推導(dǎo)出算數(shù)亞式期權(quán)價格敏感性參數(shù)估計方法?；诖?，本文以各類期權(quán)定價模型為理論基礎(chǔ)，運用GUI開發(fā)期權(quán)定價系統(tǒng)，并選取實例對各類期權(quán)進(jìn)行期權(quán)價格和敏感度計算。該研究對投資者應(yīng)用期權(quán)有很好的指導(dǎo)意義。

2 期權(quán)定價系統(tǒng)的GUI開發(fā)

2.1 期權(quán)定價主系統(tǒng)

2.1.1 界面組成與布局

該期權(quán)定價系統(tǒng)每個界面的開發(fā)需經(jīng)過各個系統(tǒng)的頁面布局[1920]、空間屬性設(shè)計、程序設(shè)計和產(chǎn)生具有功能的GUI等系統(tǒng)開發(fā)過程，每個界面都是獨立的子系統(tǒng)。期權(quán)定價系統(tǒng)編輯器窗口如圖1所示。該窗口是期權(quán)定價系統(tǒng)的主界面，主要設(shè)計了3個按鈕來引導(dǎo)歐式期權(quán)定價、亞式期權(quán)定價、帽子期權(quán)定價3個子系統(tǒng)。

2.1.2 程序設(shè)計

4個按鈕的回調(diào)函數(shù)如下：

1） “歐式期權(quán)定價”按鈕的回調(diào)函數(shù)：

functionoushidingjia_Callback（hObject，eventdata，handles）

oushiqiquan

2） “二叉樹模型對亞式期權(quán)定價”按鈕的回調(diào)函數(shù)：

functionyashidingjia_Callback（hObject，eventdata，handles）

yashiqiquan

3） “HW模型對帽子期權(quán)定價”按鈕的回調(diào)函數(shù)：

functionmaozidingjia_Callback（hObject，eventdata，handles）

maoziqiquan

4） “關(guān)閉系統(tǒng)”按鈕的回調(diào)函數(shù)：

function guanbi_Callback（hObject，eventdata，handles）

close qiquandingjiaxitong

2.2 歐式期權(quán)定價子界面

2.2.1 界面組成與布局

本界面通過BS模型和Black模型對歐式期權(quán)進(jìn)行定價和隱含波動率的計算[14]，界面內(nèi)容主要包括輸入數(shù)據(jù)、計算期權(quán)價格、計算隱含波動率及計算期權(quán)價格變動的敏感程度[15]（包括Delta、Lambda、Rho、Theta、Gamma、Vega的計算）。

2.2.2 主要代碼

主要回調(diào)函數(shù)代碼如下：

[Call1，Put1] =blsprice（Price，Strike，Rate，Time，Volatility）;%BS模型計算期權(quán)價格

[Call2，Put2] = blkprice（Price，Strike，Rate，Time，Volatility）;%Black模型計算期權(quán)價格

%計算期權(quán)隱含波動率

Volatility1c = blsimpv（Price，Strike，Rate，Time，Value1c）;

Volatility1p = blsimpv（Price，Strike，Rate，Time，Value1p）;

Volatility2c = blkimpv（Price，Strike，Rate，Time，Value2c）;

Volatility2p = blsimpv（Price，Strike，Rate，Time，Value2p）;

%計算期權(quán)價格變動的敏感度

[CallDelta，PutDelta] = blsdelta（Price，Strike，Rate，Time，Volatility，Yield）;

Gamma =blsgamma（Price，Strike，Rate，Time，Volatility，Yield）;

[Calllambda，Putlambda]=blslambda（Price，Strike，Rate，Time，Volatility，Yield）;

[CallRho，PutRho] = blsrho（Price，Strike，Rate，Time，Volatility，Yield）;

[CallTheta，PutTheta] =blstheta（Price，Strike，Rate，Time，Volatility，Yield）;

Vega = blsvega（Price，Strike，Rate，Time，Volatility，Yield）;

2.3 亞式期權(quán)定價子界面

2.3.1 界面組成與布局

本界面通過二叉樹模型（coxrossrubinstein model，CRR）、等概率模型（equal probability model，EQP）[1617]和標(biāo)準(zhǔn)三叉樹模型對亞式期權(quán)[18]定價，界面內(nèi)容主要包括輸入證券特征、輸入利率結(jié)構(gòu)、輸入時間格式、輸入亞式期權(quán)數(shù)據(jù)以及樹結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和期權(quán)價格的計算[1920]。

2.3.2 主要代碼

主要回調(diào)函數(shù)代碼如下：

%輸入標(biāo)的資產(chǎn)格式

StockSpec=stockspec（Sigma，AssetPrice，DividendType，DividendAmounts，ExDividendDates）;

RateSpec=intenvset（′Compounding′，Compounding，′Rates′，Rates，′StartDates′，StartDates，′EndDates′，EndDates）;%輸入無風(fēng)險利率格式

TimeSpec = crrtimespec（ValuationDate;Maturity;NumPeriods）;%CRR模型的時間離散格式

CRRTree=crrtree（StockSpec，RateSpec，TimeSpec）;%建立CRR型二叉樹

Treeviewer（CRRTree） %顯示CRR型二叉樹結(jié)構(gòu)

%CRR模型計算亞式期權(quán)價格

Price=asianbycrr（CRRTree，OptSpec，Strike，Settle，ExerciseDates，AmericanOpt）;

TimeSpec = eqptimespec（ValuationDate，Maturity，NumPeriods）;%EQP模型的時間離散格式

EQPTree=eqptree（StockSpec，RateSpec，TimeSpec）;%建立EQP型二叉樹

treeviewer（EQPTree） %顯示CRR型二叉樹結(jié)構(gòu)

%EQP模型計算亞式期權(quán)價格

Price=asianbyeqp（EQPTree，OptSpec，Strike，Settle，ExerciseDates，AmericanOpt）;

TimeSpec = stttimespec（ValuationDate，Maturity，NumPeriods）; %STT模型的時間離散格式

STTTree=stttree（StockSpec，RateSpec，TimeSpec）; %建立標(biāo)準(zhǔn)三叉樹

Treeviewer（STTTree） %顯示標(biāo)準(zhǔn)三叉樹結(jié)構(gòu)

%STT模型計算亞式期權(quán)價格

Price=asianbystt（STTTree，OptSpec，Strike，Settle，ExerciseDates，AmericanOpt）;

2.4 帽子期權(quán)定價子界面

2.4.1 界面組成與布局

本界面通過HW模型對利率衍生品中的帽子期權(quán)定價，界面內(nèi)容主要包括輸入利率波動特征、輸入利率結(jié)構(gòu)和輸入時間格式來構(gòu)建樹結(jié)構(gòu)，再輸入帽子期權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行價格的計算[13]。

2.4.2 主要代碼

主要的回調(diào)函數(shù)代碼如下：

%輸入HW模型利率波動率格式

VolSpec = hwvolspec（ValuationDate，VolDates，VolCurve，AlphaDates，AlphaCurve）;RateSpec=intenvset（′Rates′，Rates，′StartDates′，StartDates，′EndDates′，EndDates）;

%輸入HW模型樹圖的時間格式

TimeSpec = hwtimespec（ValuationDate，Maturity，Compounding）;

HWTree = hwtree（VolSpec，RateSpec，TimeSpec）;%建立HW模型利率樹

Treeviewer（HWTree）%顯示HW型樹圖結(jié)構(gòu)

[Delta，Gamma，Vega，Price] = hwsens（HWTree，InstSet）;%計算期權(quán)價格和敏感度

3 期權(quán)定價系統(tǒng)應(yīng)用實例

3.1 歐式期權(quán)定價

假設(shè)期權(quán)標(biāo)的資產(chǎn)股票價格為50元，波動率標(biāo)準(zhǔn)差為0.5，無風(fēng)險利率為10%，期權(quán)執(zhí)行價為95元，存續(xù)期為0.25年，存續(xù)期股票無紅利，計算該股票歐式期權(quán)價格、隱含波動率及價格變動敏感度。

在歐式期權(quán)定價界面輸入以上數(shù)據(jù)，并依次單擊“計算期權(quán)價格”、“計算隱含波動率”和“計算敏感度”按鈕，歐式期權(quán)定價實例界面如圖2所示。

由圖2可以看出，BS模型計算的看漲期權(quán)價格為0.037元，隱含波動率為0.5%，看跌期權(quán)價格為42.69元，隱含波動率為6.416%。Black模型計算的看漲期權(quán)價格為0.027元，看漲期權(quán)隱含波動率為0.5%;看跌期權(quán)價格為43.916元，看跌期權(quán)的隱含波動率為6.77%。從價格變動敏感度結(jié)果中可以看出，看漲期權(quán)的Delta為0.009 6，看跌期權(quán)的Delta為-0.99;看漲期權(quán)的Lambda為12.785，看跌期權(quán)的Lambda為-1.160;看漲期權(quán)的Rho為0.110，看跌期權(quán)的Rho為-23.05;看漲期權(quán)的Theta為-0.686，看跌期權(quán)的Theta為8.560;以及Gamma為0.002，Vega為0.642。

3.2 亞式期權(quán)定價

假設(shè)期權(quán)標(biāo)的資產(chǎn)股票波動的標(biāo)準(zhǔn)差為0.2，標(biāo)的資產(chǎn)價格為50元，紅利類型為現(xiàn)金紅利，股票紅利發(fā)放方式如表1所示。國債1年期利率為5%，起息日為2017年1月1日，到期日為2017年12月31日，期權(quán)的生效日為2017年1月1日，到期日為2017年12月31日，分4段進(jìn)行離散。

假設(shè)某歐式看跌亞式期權(quán)的執(zhí)行價是浮動的，結(jié)算日是2017年1月1日，行權(quán)日期為2017年12月31日，計算該亞式期權(quán)價格。

運用二叉樹模型計算期權(quán)價格需要先輸入標(biāo)的資產(chǎn)的證券特征、無風(fēng)險利率格式和期權(quán)時間格式來建立二叉樹，再計算期權(quán)價格。先輸入上述數(shù)據(jù)，再根據(jù)要選擇構(gòu)建的樹模型，分別單擊“構(gòu)建CRR樹”、“構(gòu)建EQP樹”和“構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)三叉樹”。比如要構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)三叉樹，則需單擊“構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)三叉樹按鈕”，在彈出的窗口中依次單擊樹圖節(jié)點，選擇一條路徑，模擬標(biāo)的資產(chǎn)價格變動情況。每個節(jié)點的數(shù)值標(biāo)在路徑上，標(biāo)準(zhǔn)三叉樹圖如圖3所示。

建立樹模型后，輸入亞式期權(quán)數(shù)據(jù)，分別單擊“CRR模型”、“EQP模型”和“標(biāo)準(zhǔn)三叉樹模型”，顯示不同樹模型的計算結(jié)果，亞式期權(quán)定價實例界面如圖4所示。

由圖4可以看出，CRR二叉樹模型計算的亞式期權(quán)價格為2.014元，EQP模型計算的亞式期權(quán)價格為

3.3 帽子期權(quán)定價

假設(shè)某公司從銀行取得期限為4年的一筆貸款。該筆貸款采取浮動利率計息，這筆貸款于2014年4月1日借入，由于該公司預(yù)測利率要上升，為了規(guī)避利率上升為公司經(jīng)營所帶來的風(fēng)險，該公司決定買入一筆期限為4年的帽子期權(quán)，商定利率為5.0%，每年結(jié)算1次，結(jié)算日期和利率如表2所示。利率波動率為0.05，均值反轉(zhuǎn)日期為2018年4月1日，均值回歸值為0.1，期權(quán)結(jié)算日為2014年4月1日，期權(quán)到期日為2018年4月1日，求該期權(quán)的價格和敏感性。

運用HW模型計算利率衍生品價格需要先輸入利率波動格式、時間格式和利率結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立HW模型的利率樹結(jié)構(gòu)，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)后，單擊“建立HW模型利率樹”，建立利率樹，再輸入帽子期權(quán)的相關(guān)數(shù)據(jù)，單擊“計算期權(quán)價格和敏感度”按鈕，可得到該帽子期權(quán)的價格和敏感度，復(fù)合期權(quán)定價實例界面如圖5所示。

由圖5可以看出，用HW模型計算的該帽子期權(quán)的價格為8.79元，Gamma值為-477.75，Delta值為65.78，Vega值為110.34。

4 結(jié)束語

本文通過對Matlab圖形用戶界面的應(yīng)用，借助Matlab在數(shù)值計算、圖形繪制以及可視化界面開發(fā)等方面的優(yōu)勢，以各類期權(quán)定價模型為理論基礎(chǔ)，開發(fā)了期權(quán)定價系統(tǒng)。BS模型和Black模型計算出來的歐式期權(quán)價格較為接近，說明期權(quán)定價公式對比較簡單的歐式期權(quán)定價很準(zhǔn)確;對亞式期權(quán)定價時，兩個二叉樹模型和三叉樹模型相比有差別，說明二叉樹模型擴展成三叉樹后計算精度更高;對帽子期權(quán)進(jìn)行實例驗證時，Delta、Gamma等值較大，說明該期權(quán)價格對利率變動較為敏感，投資者應(yīng)注意風(fēng)險。該期權(quán)定價系統(tǒng)雖然將復(fù)雜的定價模型應(yīng)用于實踐，但由于所用模型的局限性，并不能實現(xiàn)所有期權(quán)的定價，下一步研究重點是使該系統(tǒng)覆蓋的期權(quán)品種更全面。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何穎俞. 美式期權(quán)的三叉樹定價模型[J]. 黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報， 2008， 25（1）： 8184.

[2] 劉海龍， 吳沖鋒. 期權(quán)定價方法綜述[J]. 管理科學(xué)學(xué)報， 2002， 5（2）： 6773.

[3] 劉芳， 吳成就， 潘俊濤. 基于Matlab/GUI的電力電子電路仿真平臺構(gòu)建[J]. 實驗技術(shù)與管理， 2016， 33（1）： 107110，126.

[4] 孫祥， 黃曉鳴. 基于MATLAB的集成化圖像處理系統(tǒng)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程， 2007， 7（20）： 53865388.

[5] 年興， 朱雨婷， 林劍輝. 基于SVM的股指預(yù)測模型與GUI仿真[J]. 消費導(dǎo)刊， 2012， 62（10）： 67， 10.

[6] 楊曉， 楊德平. 基于Matlab圖形用戶界面的馬氏鏈股價預(yù)測系統(tǒng)開發(fā)[J]. 青島大學(xué)學(xué)報： 工程技術(shù)版， 2015， 30（3）： 4349， 69.

[7] 葉志強， 陳習(xí)定， 張順明. 我國定期存貸款利率期權(quán)隱含波動率研究[J]. 管理科學(xué)學(xué)報， 2011， 14（9）： 6776.

[8] 李秉祥. 對歐式期權(quán)BS模型的推廣[J]. 西安理工大學(xué)學(xué)報， 2003， 19（4）： 377381.

[9] 劉春艷， 呂喜明. 基于MATLAB視圖的歐式看漲期權(quán)敏感性動態(tài)分析[J]. 經(jīng)濟(jì)論壇， 2013， 26（3）： 7176.

[10] 安占強， 徐潔媛. 非正態(tài)分布下的二叉樹期權(quán)定價模型[J]. 統(tǒng)計與決策， 2007， 22（11）： 810.

[11] 張鐵. 一個新型的期權(quán)定價二叉樹參數(shù)模型[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐， 2000， 20（11）： 9093.

[12] 郭子君， 張朝清. 三叉樹模型下標(biāo)的資產(chǎn)期權(quán)定價[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報： 社會科學(xué)版， 2003， 2（2）： 6165.

[13] 鄭小迎， 陳金賢. 關(guān)于亞式期權(quán)及其定價模型的研究[J]. 系統(tǒng)工程， 2000， 18（2）： 2226.

[14] 王維國， 張博翔. 算數(shù)亞式期權(quán)價格敏感性參數(shù)估計方法研究[J]. 大連海事大學(xué)學(xué)報： 社會科學(xué)版， 2016， 15（3）： 1924.

[15] 于長福， 陳婷婷. 基于BS模型的上證50ETF期權(quán)定價的實證研究[J]. 金融理論與教學(xué)， 2016， 33（2）： 711.

[16] 劉國祥， 陳波， 翁琴. BS推廣模型的亞式期權(quán)定價[J]. 南京師大學(xué)報： 自然科學(xué)版， 2011， 34（1）： 611.

[17] 劉佳洋. 利率衍生品的定價研究[D]. 上海： 復(fù)旦大學(xué)， 2013.

[18] 何源. 基于HullWhite模型的商業(yè)銀行利率衍生品定價研究[D]. 湖南： 湖南大學(xué)， 2011.

[19] 楊德平. 經(jīng)濟(jì)預(yù)測模型的MATLAB GUI開發(fā)及應(yīng)用[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2015.

[20] 王巧花， 葉平， 黃民. 基于MATLAB的圖形用戶界面（GUI）設(shè)計[J]. 煤礦機械， 2005， 25（3）： 6062.