周爱民金融工程第二章金融工程学的基本理论.ppt
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1、2023/8/23,1,金融工程学基础第二章金融工程的基本理论(返回电子版主页)(返回)周爱民 主编参编:罗晓波、王超颖、谭秋燕、穆菁、张绍坤、周霞、周天怡、陈婷婷,南开大学经济学院金融学系天津市(300071),2023/8/23,2,第二章 金融工程学的基本理论,第一节 无套利均衡分析方法 第二节MM理论 第三节 投资组合理论与CAPM 第四节 套利定价理论,2023/8/23,3,第一节 无套利均衡分析方法,一、什么是无套利均衡分析方法?二、无套利均衡分析方法的应用,2023/8/23,4,现代金融理论的研究基点,1950年代建立起来的现代金融理论,其研究的基点是金融市场的运营或交易,对
2、这一基点的研究形成了现代金融理论的四个分支或组成部分:有效市场理论、风险和收益评估理论、定价理论和公司金融理论。其中最为核心的问题就是如何正确地为金融资产定价,因为正确定价是进行一切金融决策的前提和依据,只有建立在正确定价基础上的金融决策才是理性的决策。因此,金融交易的核心技术是对所交易的金融工具进行正确的估值和定价,而且,对现代金融理论做出重要贡献的学者,其开创性的研究成果也几乎都和金融资产定价有关。,2023/8/23,5,无套利均衡分析用途广泛,例如莫迪格利亚尼和米勒提出的有关公司价值的MM定理、威廉夏普提出的资本资产定价理论、布莱克和斯科尔斯发表的著名的布莱克斯科尔斯期权定价公式以及默
3、顿对布莱克和斯科尔斯理论的深化和系统化等。所有这些对金融资产定价研究做出贡献的学者都先后获得了诺贝尔经济学奖,而他们对金融资产定价研究所取得的重要成果,都是以无套利均衡原理为基础的。无套利均衡分析方法现代金融学研究的基本方法,也是金融工程学最基本的理论方法,最早体现这一分析方法的MM理论是无套利均衡分析方法的最基本理论。因此,要介绍金融工程学的基本理论,首先就要从无套利均衡分析方法及MM理论入手。,2023/8/23,6,一、什么是无套利均衡分析方法?,无套利均衡分析方法是金融工程学面向产品设计、开发和实施的基本分析技术,金融学在研究方法上完全从经济学中独立出来的标志应当是MM理论及无套利分析
4、方法。在1950年代后期,莫迪格里亚尼(Franco Modigliam)和米勒(Merton Miller)在研究企业价值与其资本结构关系时提出了“无套利”(No-Arbitrage)均衡分析方法,从而带动了整个现代金融学研究方法的革命。在与经济学一般均衡理论保持本质一致的基础上提出的金融市场的无套利均衡假设是金融学成为经济学一个独立分支的基本标志。因为无套利均衡分析方法可以指导金融资产的定价问题,从而使得金融成为一种“可以计算的活动”,从而诞生了现代金融理论。返回节,2023/8/23,7,General Equilibrium,首先,为了理解无套利分析方法,我们先简述一下经济学中一般均衡
5、思想。现代经济学的基本思想,始于英国古典政治经济学的奠基人亚当斯密(Adam Smith)在1776年国富论中一段广为引用的名言:“每个人都在力图应用他的资本,来使其生产品能得到最大的价值。一般地说,他并不企图增加公共福利,也不知道他所增加的公共福利为多少。他所追求的仅仅是他个人的安乐,仅仅是他个人的利益。在这样做时,有一只看不见的手引导他去促进一种目标,而这种目标决不是他所追求的东西。由于追逐他自己的利益,他经常促进了社会利益,其效果比他真正想促进社会利益时所得到的效果更大”。这一段话中包含着对经济学有重大影响的深邃经济思想:经济人及其古典理性决策假设和经济系统分散化的思想。,2023/8/
6、23,8,看不见的手,1801年,法国经济学家古诺(Cournot)在政治经济学原理一书中提出:价格是买主和卖主力量竞争的结果。1838年,古诺在其财富理论中数学原理的研究一书中开始运用需求函数和收益函数来分析垄断、多头垄断到完全竞争的各种市场类型的价格决定问题,这深深地影响了“边际革命”的著名代表人物法国经济学家瓦尔拉斯。1874年,瓦尔拉斯出版了纯粹政治经济学要义一书。在这本书中,他把亚当斯密的那只“看不见的手”清晰地解释为价格体系,并且把“社会利益”理解为供需平衡。他以边际价值论为基础,将亚当斯密关于“看不见的手”的那一段名言中隐含的“经济人”思想和经济分散化的思想表述为一个具体而明确的
7、问题:,2023/8/23,9,歪打正着,即在一个经济体中有许多生产者和消费者,生产者追求的是他生产的利润最大化,消费者追求的则是他消费的效用最大化。因此,生产者对市场有产品供给和对原料、资源有所需求,消费者者对市场则有对产品的需求或对原料、资源的需求。但无论是生产者的利润,还是消费者的支付能力,都与价格体系有关。这很自然地就会产生一个问题:是否存在一个合适的均衡价格体系,使得由此决定的供给和需求恰好相等,即达到一般经济均衡?,2023/8/23,10,过了80年才真正被证明,瓦尔拉斯将一般经济均衡理论表达为数学形式。这是一个由几个供给与需求相等所决定的等式组成的非线性方程组。由于瓦尔拉斯的杰
8、出贡献,一般经济均衡的均衡价格的存在性和均衡的变化规律,成为经济学研究的基本问题。1954年,阿罗(Arrow)和德布罗(Debru)的价值理论,以集值映射、凸性和不动点定理等数学工具和公理化方法,严格地叙述和证明了一般经济均衡问题,这样就使得考虑供给与需求的均衡分析方法成为经济学研究的基本方法。,2023/8/23,11,与马尔科维茨同时,1952年,现代金融学中无套利均衡分析方法的提出,被认为是金融学研究方向的一次意义十分深远的金融学革命。其中,斯蒂芬罗斯(Stephen A.Ross)首创的APT(Arbitrage Pricing Theory)不但直接继承了经济学的一般经济均衡理论的
9、经济学思想,而且还将其在金融学领域做了重大发展,使得现代金融学在研究方法上从传统的经济学独立出来,成为一门真正意义上的独立学科。,2023/8/23,12,头寸就是位置Position,西方主流经济学研究的基本方法是供给与需求的均衡分析,分析的着眼点常常在均衡的存在性和均衡的变动情况,而金融研究的一项核心内容是对金融市场中某项“头寸”进行估值和定价。分析的基本方法是将这项头寸与市场中其他金融资产的头寸组合起来,建立一个在市场均衡时不能产生无风险利润的组合头寸,由此测算出该头寸在市场均衡时的价值,即均衡价格。当市场处于几个不均衡状态时,价格偏离了由供需关系所决定的价值,此时就出现了套利的机会。而
10、套利力量将会推动市场重建均衡。市场一回到均衡状态,套利机会就消失,而在市场均衡时不存在套利机会,这就是无套利均衡分析的依据。,2023/8/23,13,什么叫套利?,其次,要理解无套利均衡还要理解什么是套利。菲利普H戴布维格和斯蒂芬A罗斯给出了一个关于套利的学术性权威定义:套利是指“保证在某些偶然情况下获取正报酬而没有负报酬的可能性,也无需净投资”。通过假设,有可能在任意套利规模上遍历套利的可能性;换句话说,“套利机会代表的是一个货币泵”1。学术意义上的套利有两个核心特征:第一,存在一个无风险的收益,即所谓“保证获取正报酬而没有负报酬”。1 菲利普H戴布维格和斯蒂芬A罗斯,新帕尔格雷夫经济学大
11、辞典(中文本)V.1,1996年版,第108页。,2023/8/23,14,零头寸=净投资为零,第二,存在一个自融资策略,即所谓的“无需有净投资”,或者如美国著名金融工程学家约翰马歇尔所言,是指“零头寸”,完全可以用贷款来融资(无需自有资本)。无套利均衡就是指市场不存在套利机会的状态,虽然金融市场参与者的风险偏好差异很大,但是,一旦出现套利机会,他们都会抓住机会去套取无风险利润。套利机会消除后市场均衡是所确定的均衡价格,与市场参与者的风险偏好无关(关于这点后面会论证),可见无套利均衡分析方法抓住了金融市场均衡的本质特征。,2023/8/23,15,二、无套利均衡分析方法的应用,无套利均衡分析的
12、经典研究领域是资产定价,最初提出无套利分析方法的MM定理是研究资本结构和公司价值的关系,其实质是将经济环境理想化后通过复制两个公司的现金流,利用无套利分析方法研究公司价值。然后,威廉夏普(William Sharpe)、约翰林特纳(John Lintner)、简莫辛(Jan Mossin)等人建立的著名的资本资产定价模型CAPM(Capital Assets Pricing Model)模型也是无套利分析方法应用于资产定价的经典例子。事实上,现代金融学研究的一系列突破性的成果,如APT和BS期权定价理论等,都是运用无套利均衡分析方法取得的。尤其是期权定价理论,其金融学的意义极为重大。返回节,2
13、023/8/23,16,看个例子,早在1973年,费歇尔布莱克(Fischer Black)和迈伦斯科尔斯(Myron Scholes)发表了著名的期权定价公式,接着他们以这个公式为起点,发展了对衍生证券定价的布莱克斯科尔斯理论,并由罗伯特默顿(Robert Merton)进一步将其完善和系统化了。这一理论被誉为“华尔街的第二次金融学革命”。为此,默顿和斯科尔斯荣获了1997年的诺贝尔经济学奖。可惜的是布莱克由于英年早逝,未能享受此殊荣。我们举几个例子来说明无套利定价的分析方法。例2.1.1:假设现在6个月即期年利率为10%(连续复利,下同),1年期的即期利率是12%。如果有人把今后6个月到1
14、年期的远期利率定为11%,试问这样的市场行情能否产生套利活动?,2023/8/23,17,套利过程是:,第一步,交易者按10%的利率借入一笔6个月资金(假设1000万元)第二步,签订一份协议(远期利率协议),该协议规定该交易者可以按11%的价格6个月后从市场借入资金1051万元(等于1000)。第三步,按12%的利率贷出一笔1年期的款项金额为1000万元。第四步,1年后收回1年期贷款,得本息1127万元(等于1000),并用1110万元(等于1051)偿还那个远期借贷后,交易者净赚17万元(1127万元-1110万元)。,2023/8/23,18,再举个例子说明无套利定价法,例2.1.2:假设
15、一个无红利支付的股票,当前时刻t股票价格为S,基于该股票的某个买权的价值是f,期权的有效期是T,在这个有效期内,股票价格或者以概率P上升到Su,或者以概率1-P下降到Sd。当股票价格上升到Su时,我们假设期权的收益为fu,如果股票的价格下降到Sd时,期权的收益为fd。无套利定价法的思路是:首先,构造一个由股股票的多头和1股股票的买权空头组成的证券组合1,如果该组合为无风险组合的话,那么无论股票价格是上涨还是下跌,其期末值都应该相等:(2.1.1)1注意这里的称为套头率,表示的是1股股票的卖权能对冲的现货股票数量。,2023/8/23,19,复制证券头寸,2023/8/23,20,参见第八章阅读
16、材料返回电子版主页,2023/8/23,21,无套利定价方法的主要特征,l 无套利定价原则首先要求套利活动在无风险的状态下进行。l 无套利定价的关键技术是所谓“复制”技术,即用一组证券来复制另外一组证券。l 无风险的套利活动从即时现金流看是零净投资组合(自融资组合)。关于MM定理及CAPM模型和APT模型,我们将分节详细阐述,因此在这一节里我们重点阐述无套利分析的另一个应用领域。除了资产定价外,无套利分析的另外一个重要领域是无摩擦市场利率的期限结构理论,利率的期限结构是指债权型金融产品(以下简称债券)利率和期限之间的关系。利率因期限的不同而不同,形成利率的期限结构。返回节,2023/8/23,
17、22,利率的期限结构,对利率的期限结构的研究方法主要有回归分析方法和无套利分析方法两种方法。由于均衡定价是建立在无套利假设的基础上,即当且仅当利率的期限结构存在时无卖空限制的无摩擦市场是无套利的,无套利均衡分析方法就是通过构筑无风险的对冲头寸,复制不同期限的长期债券的现金流,根据无套利原理来确定利率与期限的关系。下面举个例子来说明如何根据债券的市场均衡价格来确定零息票利率。因为零息票利率对于金融产品的设计比较重要,所以下面我们以它为例子来简单说明利率的确定。,2023/8/23,23,看个例子(返回主页),例2.1.3:1年期短期国库券(折现型)的面值是1000元,现在市场的均衡价格是910.
18、50,则可以计算出其利率r1得:2年期的国库券第1年年底付息100元,第2年年底还本付息1100元,现在的市场均衡价格为98210,可以用下式来推算r2:由上式可解得r2=11.08%,如果已知三年期的国库券的市场价格信息,依次可以类推r3。,2023/8/23,24,第二节MM理论,一、公司价值的含义二、无税收情况下的MM定理三、有税收情况下的MM定理返回章,2023/8/23,25,一、公司价值的含义,1958年莫顿米勒(Merton Miller)和费朗哥莫迪格里安尼(Franco Modigliani)在美国经济评论上共同发表了资本成本,公司理财和投资理论一文,从此将关于资本结构的研究
19、引入了一个崭新的时代。1963年二人再次合作,在美国经济评论上发表了题为公司所得税和资本成本:校正的论文。之后两人因为在资本结构研究方面的突出贡献及一些其他研究成果而分别荣获了诺贝尔经济学奖。莫迪格里安尼和米勒在研究公司资本结构与公司价值关系的时候提出了MM理论。MM理论断言在理想的市场条件(即在MM条件)下,公司的市场价值只依赖于它的利润流,而与其资本结构和分红策略无关。(一)公司的整体价值(二)公司的经济价值,2023/8/23,26,(一)公司的整体价值,要衡量一个公司的价值,首要问题是明确“要度量的是什么”,也就是说价值评估的对象是什么。我们要度量的对象是公司作为一个整体的经济价值,公
20、司整体的经济价值是指公司作为一个整体的公平市场价值。为此,有必要区分几个重要概念。返回小节 公司的整体价值概念主要体现在以下四个方面:1、整体不是各部分的简单相加 2、整体价值源于要素结合方式 3、部分只有在整体中才能体现出其价值 4、整体只有在运转中才能体现其价值,2023/8/23,27,1、整体不是各部分的简单相加,公司是各个部分的有机组合体,而不是各个部分的简单相加。这种有机结合使得公司具备各个部分所没有的整体性功能,因而,公司价值不能简单的等于各个部分价值相加。就如同电脑是各个组件的有序结合才具备了电脑的整体功能,这种功能不是内存或者硬盘等其它散件具备的,所以电脑的价值不是由各个组件
21、价值简单相加得来的。公司的整体性功能,表现为它可以通过特定的生产经营活动为股东增加财富,这是任何单项资产所不具备的。公司是有组织的的资源,各种资源组织方式不同就可以产生不同效率的公司,从而,公司价值也将不同。返回子小节 公司整体能够具有价值,关键在于它能够为投资人带来现金流,这些现金流量是所有资产联合起来运用的结果,而不是资产分别出售获得的现金流量。,2023/8/23,28,2、整体价值源于要素结合方式,公司的整体价值来源于各个部分之间的联系。只有整体内各个部分之间建立有机联系时,才能使公司成为一个有机整体。一堆建筑材料零散堆起来不叫房子,同理,机器、厂房和人简单加起来也不能成为企业,关键是
22、要按一定的要求将他们有机集合起来。相同的建筑材料可以构成千差万别的建筑物。因此,企业资源的重组即改变各要素之间的结合方式,可以改变企业的功能和效率。从而影响企业的价值。返回子小节 返回节,2023/8/23,29,3、部分只有在整体中才能体现出其价值,公司是整体和部分的统一。部分依赖整体,整体支配部分。部分只有在整体中才能体现出它的价值,一旦离开整体,这个部分就失去了作为整体中一部分的意义,如同车轮离开汽车就失去了作为车轮的意义,公司的某个部门在整体中发挥着他的特定作用,一旦剥离出来,他就具有了另外的意义。公司有的部分可以单独存在,有的不能,例如商誉。举例说明,天津“狗不理”这个品牌其价值一定
23、依存于公司整体,剥离出来单独估价就失去意义了。返回子小节,2023/8/23,30,4、整体只有在运转中才能体现其价值,公司价值只有在运转中才能体现出来。如果公司停止运转,剩下的只是存货、厂房和机器,此时的公司价值是这些财产的边线价值,即清算价值。公司能够为所有者提供价值的方式有两种:一种是由经营所产生的未来现金流量,公司财务学称之为持续经营价值;另一种就是停止运转的时候出售资产产生的现金流,成为清算价值。返回子小节 返回小节 返回节 一个公司的公平市场价值,理论上来说应该是持续经营价值和清算价值中较高的那个。,2023/8/23,31,(二)公司的经济价值,经济价值是指一项资产的公平市场价值
24、,通常用该资产所产生的未来现金流量的现值来计量。因此我们应该注意区分账面价值和市场价值。账面价值是由资产所发生的历史成本减去损耗(折旧)后所剩的净价值核计的。市场价值是资产未来创造的收入现金流用资产的预期收益率(这个预期收益率称为这项资产的资本成本)折现后的现值作为资产的价值,而这实际上就是市场对这项资产价值的评价。即资产的市场价值。因此,账面价值的度量是面向过去的,市场价值的度量则是面向未来的。整个公司在会计上的账面价值是由所有资产的账面价值加总得出的,市场价值则是将所有的资产合到起后(合到一起会产生某种组合效应),能够创造出的未来的收入现金流用企业总的资本成本(即加权平均资本成本)折现后的
25、现值。现在大家普遍接受了这样一个观点:帐面价值和市场价值是两回事。返回小节,2023/8/23,32,看个例子,例2.2.1:青岛海尔电冰箱股份有限公司2000年资产负债表中,股东权益的账面价值为28.9亿元,总股份数为5.65亿股。该股票全年平均市价为20.79元/股,市场价值为117亿元,与股权的账面价值相去甚远。首先,对于任何企业(个人或其他组织)来说,都应该有下列关系式恒成立:资产=负债+权益 在会计上,这个关系是靠复式计账(“有借必有贷,借贷必相等”)来保持的,在金融学里,这个恒等关系意味着企业的价值(即其总资产价值)是由其负债和权益在金融市场上的总市值来度量的。企业实体价值是股权价
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