Exotic-options-fr-ppt

  • December 2019
  • PDF

This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA


Overview

Download & View Exotic-options-fr-ppt as PDF for free.

More details

  • Words: 2,848
  • Pages: 8
Sommaire  Objectifs et motivations:  mettre en œuvre et comparer des méthodes d'évaluation et stratégies de couverture d ’options complexes en utilisant des méthodes numériques à développer en C++

 Rappels sur les options exotiques: digitales, barrière, lookback, asiatiques, etc … Européennes et Américaines

Projet Couverture des Produits Dérivés

 Distributions associées: temps de passage, maximum, minimum, …  Méthodes d'évaluations:  formes explicites,  méthode binomiale,  par simulation de Monte Carlo

 Couverture (hedging): Statique vs Dynamique  Programmation : VBA ou R, C/C++, librairies open source (GNU Public Licence): Financial Recipes in C/C++, fOptions (R),

1

Daniel HERLEMONT

2

Daniel HERLEMONT

Travaux Pratiques

Caractéristiques des options exotiques

 TP1: Pricing Options Exotiques Digitales et barrières, étude des grecques

 Nom générique donné à des dérivés avec des paiements plus complexes que les options vanilles

 TP2: Pricing par simulation de Monte Carlo: application aux options Asiatiques et Lookback

 Utilisées en gestion de risque ou en spéculatif, certaines options peuvent avoir des leviers très élevés (options barrière par exemple).

 TP3: Pricing par la méthode binomiale: applications aux options américaines complexes

 Traitées principalement sur un marché de gré à gré (OTC = Over The Counter)

 TP4: Stratégies de couverture

 S'adressent plutôt à des investisseurs "sophistiqués" ou hedge fund.

 pour options Barrières, Digitales et Lookback  comparaison hedging dynamique vs hedging statique

 Les "producteurs" d'options exotiques sont généralement des banques qui se couvrent (hedging)  par des positions les sous jacents : hedging dynamique  et/ou d'autres options : hedging statique 3

Daniel HERLEMONT

Pricing dans l'économie de Black & Scholes - rappel

Difficultés techniques

 Hypothèses

 La gestion de couverture est plus délicate que dans le cas d'options vanilles:

 Le marché est sans friction:    

 il peut y avoir des problèmes de liquidité  certaines options ont des payoffs difficiles à répliquer en raison de discontinuités (exemple options barrières) avec des Deltas et Gammas élevés, connu sous le nom de "pin risk".

pas de coût de transaction, ni fourchette de marché (bid/ask), ni impôts, … pas de restriction sur les ventes à découvert les actifs sont divisibles le marché est liquide: on peut vendre et acheté à tout instant et immédiatement les quantités voulues.

 Les taux sont constants  Il n'y a pas d'opportunité d'arbitrage: pas de stratégie de coûts nul et risque nul (no free lunch)  Le marché est complet:

 Certaines options dépendent du chemin (path dependent) (Asiatique, Lookback, toute option américaine) dépendent du chemin, il n'existe pas, en général, de formules explicites pour ces options

 Rappel théorème fondamental: dans le un marché complet, sans arbitrage,  la valeur d'un actif contingent est égale à l'espérance actualisée des paiements sous la probabilité risque neutre Q :  Tout actif contingent peut être répliqué (donc couvert) par un portefeuille auto finançant composés d'actifs risqués et de l'actif sans risque.

 approximations  méthode binomiale  simulation de Monte Carlo, Daniel HERLEMONT

4

Daniel HERLEMONT

5

Daniel HERLEMONT

6

Page 1 1

Grecques - rappel

Options Exotiques classiques

 Digitales  payoff en tout ou rien

 Barrières  le payoff dépend du franchissement d'une barrière

 Asiatiques  le payoff dépend d'une moyenne des prix du sous jacent

 Lookback  le payoff dépend du maximum (ou du minimum) du prix du sous jacent

 Autres Options: Gap, Chooser, Correlation (entre 2 actifs), Rainbow, ...

7

Daniel HERLEMONT

8

Daniel HERLEMONT

Options Digitales - Cash || Nothing

Options Digitales Européennes - Asset || Nothing Une option digitale "Asset or Nothing" call paye 1 "action" si le prix à échéance ST ≥ K

Cash or nothing call

Les options digitales (ou bianires)

1€

payoff =

1{ST ≥ K }

0€

K

payoff =

ST

Digitale Européenne S

ST 1{ST ≥ K }

K

Digitale Américaine S

payoff=1

payoff=1

K

K

K

ST

payoff=0 payoff=1 S0

S0 T

T

L'option paye ssi le prix du sous jacent est plus grand que K à l'échéance

L'option paye ssi le prix du sous jacent est plus grand que K à tout instant avant l'échéance aussi appelée option "one-touch"

9

Daniel HERLEMONT

Options Digitales Européennes - Asset || Nothing - pricing B&S

Options Digitales Européennes - Cash || Nothing - pricing B&S V ( S0 , T ) = e − rT EQ [1ST ≥ K ] = e − rT

∫ dQ = e

− rT

10

Daniel HERLEMONT

PQ [ ST ≥ K ]

− rT V ( S0 , T ) = e− rT EQ [ ST 1{ ST ≥ K } ] = e

ST ≥ K

ST = S 0 e

( r − 12 σ 2 )T +σzT

Pr( ST ≥ K )

sous Q

= Pr( S0e

( r − 12 σ 2 ) T +σzT

avec

≥ K)

 z ln( K S0 ) − ( r − 12 σ 2 )T = Pr  T ≥ σ T  T

∫ S dQ T

  

 z ln( S0 K ) + ( r − 12 σ 2 )T  = Pr  T ≤  Par symétrie σ T  T  ln(S 0 K ) + (r − 12 σ 2 )T d2 = = N ( d 2 ) avec σ T

∫S

T

dQ

ST ≥ K

zT ~ N (0,1) T

=

ST ≥K

( r − 12 σ 2 )T +σzT

0

dQ

ST ≥ K

= N( ) est la fonction de distribution d'une Gaussienne standard.

∫S e

dS = rSdt + σSdz sous Q

=

∫S e

( r − 12 σ 2 )T +σzT

0 zT ≥ − T d 2

∫S e

0 zT ≥ − T d 2

( r − 12 σ 2 ) T +σzT

Ré-écrivons en terme de zT. voir calcul précédent pour le cash or zT ≥ − T d 2 nothing ST ≥ K <=>

dQ

qZ ( zT )dzT

où qZ ( zT ) =

1 2πT

2

e − ( zT /( 2T ))

VCashOrNothingCall ( S0 , T ) = e − rT N ( d 2 ) Daniel HERLEMONT

11

Daniel HERLEMONT

12

Page 2 2

Asset || Nothing - pricing B&S (suite)

∫ S dQ T

=

ST ≥K

=

∫S e

( r − 21 σ 2 )T +σzT

0 zT ≥ − T d 2

∫S e

rT

0 zT ≥ − T d 2

1 2πT

e



1 2πT

2

e − ( zT /( 2T )) dzT

( zT −σT ) 2T

2

dzT

= S 0e rT Pr( zT ≥ − T d 2 )  z − σ T − T d 2 − σT   = S 0e rT Pr  T ≥  T T     z − σ T T d + σ T 2  = S 0e rT Pr  T ≤  T T   = S0 e rT N (d1 )

avec

Options Digitales - relations avec les options vanilles

gaussienne de moyenne σT et variance T. z − σT T ~ N(0,1)

Call Européen Vanilla = 1 AssetOrNothingCall- K CashOrNothingCall ( ST − K )+

T

e

− rT

Q

E [( ST − K ) ]

-

ST 1{ST ≥ K }

= +

e

=

− rT

=

Q

E [ ST 1{ST ≥ K } ]

S0 N ( d1 )

K1{ST ≥ K }

-

Ke− rT E Q [ 1{ST ≥ K } ]

-

Ke− rt N ( d 2 )

par symétrie

d1 = d 2 + σ T =

d1 =

ln( S0 K ) + ( r + 12 σ 2 )T σ T

ln( S 0 / K ) + ( r + 12 σ 2 )( T )

d 2 = d1 − σ

σ T

T

Les options digitales ne posent donc pas de problème d'évaluation. En revanche, les payoffs sont discontinus, ce qui rend la couverture délicate et très risquée

VAssetOrNothingCall ( S0 , T ) = S0 N ( d1 ) 13

Daniel HERLEMONT

14

Daniel HERLEMONT

Options digitales - grecques - risque de hedging

Options Digitales - Delta & Gamma

Exemples à reproduire en TP …

15

Daniel HERLEMONT

16

Daniel HERLEMONT

Options Asiatiques (Asian Options)

Options Asiatiques (suite)

Payoff related to average stock price (geometric or arithmetic average)

Normally, we do not have closed form solutions for Asian options. The exception is when the option is on a geometric average:

Average Price options pay: max(Save – K, 0) (call), or max(K – Save , 0) (put)

T

Geometric Average: I T = exp( Note that under Q, S follows:

Average Strike options pay: max(ST – Save , 0) (call), or max(Save – ST , 0) (put)

1 ln( St )dt ) T ∫0

dS = rSdt + σSdz

or

St = S0 exp((r − 12 σ 2 )t + σzt ) T

hence

No analytic solution in general (the exception is when the option is on a geometric average)

I T = S0 exp(

1 (( r − 12 σ 2 )t + σzt ) dt ) T ∫0

T

where

Can be valued by assuming (as an approximation) that the average stock price is log-normally distributed and Monte Carlo Simulation

Daniel HERLEMONT

∫ ((r −

1 2

σ 2 )t + σzt ) dt

is Gaussian

0

so IT is actually log-normally distributed!

17

Daniel HERLEMONT

18

Page 3 3

Options Asiatiques (suite)

The geometric average IT is

Options Asiatiques (suite)

 (r − 12 σ 2 )T σ 2T   , e X where X ~ N  2 3  

You may check that this is the same as if It follows the geometric Brownian Motion: dI = 12 ( r − 16 σ 2 ) Idt + 1 σIdz 3 in a risk neutral world. = ( r − ( 1 (r + 1 σ 2 ))) Idt + 1 2

6

3

The majority of Asian options involve arithmetic means: T

IT =

σIdz

In this case, IT, is not log-normally distributed, and hence we cannot fit it into the Black-Scholes formula framework.

+ Therefore, to price an average price call whose payoff is: ( I T − K ) we just need to compute: e − rT E Q [( I T − K ) + ]

where dI = (r − ( 12 (r + 16 σ 2 ))) Idt +

1 3

1 St dt T ∫0

However, it is common to compute the first two moments of IT and assume that its distribution is log-normal with the same first two moments.

σIdz

In this case, the Black-Scholes formula provides a quick and closed form approximation to the true price.

Which just looks like Black-Scholes on an asset paying a continuous dividend of q = 12 (r + 16 σ 2 ) and with volatility of 13 σ

This is sometimes referred to as the method of moments in pricing.

19

Daniel HERLEMONT

20

Daniel HERLEMONT

Basket Options

Options Barrières x

A basket option is an option to buy or sell a portfolio of assets Barrier options are like normal European options, except that they are either activated, or become worthless when the underlying asset hits a pre-specified barrier.

This can be valued by calculating the first two moments of the value of the basket and then assuming it is lognormal

The basic types are: Knock-outs: The option is worthless if it hits the barrier. Knock-ins: The option is worthless until it hits the barrier. Knock-in + Knock-out = Vanilla Also, the barrier can be hit on the way down (down-and-out, down-and-in) or it can be hit on the way up (up-and-out, up-and-in). 21

Daniel HERLEMONT

22

Daniel HERLEMONT

Lookback Options

American Digitals $1

max

time 0

K

time 0

time T

Lookback options depend on the maximum or minimum price achieved during the life of the option. A European lookback call option pays off:

American digital options payoff $1 the moment the strike price is hit.

ST − min St

price = E[e − rτ ]

0 ≤t ≤T

A European lookback put option pays off:

max S t − ST

where τ represent the first hitting time of the strike price K.

0 ≤t ≤T

To price these, we need to be able to compute the statistics of the maximum and minimum...

Daniel HERLEMONT

time T

To evaluate this, we need to know the statistics of the hitting time...

23

Daniel HERLEMONT

24

Page 4 4

American Digital

Distributions associées Les distributions utiles pour les options barrières, lookback et digitales (américaines) sont relatives aux temps de passage, lois du maximum et du minimum

B

date 0

τ

T

Probabilité que le maximum soit ≥ B entre les dates 0 et T = Probabilité de toucher la barrière avant la date T (le temps τ est appelé le premier temps de passage (First Hitting Time)

25

Daniel HERLEMONT

Principe de réflexion Soit

zt

Notons

26

Daniel HERLEMONT

Temps de passage (First Hitting Time)

un brownien

temps pour atteindre un niveau donné x:

zˆT = max zt

Brownien sans drift : en application du principe de réflexion

2B-C

0 ≤ t ≤T

x

B

densité du temps de passage

C

date 0

date T

pour C < B, calculons la loi jointe du maximum et de la valeur terminale ∞

P (zˆT ≥ B ; zT ≥ C ) = P ( zˆT ≥ B; zT ≥ 2 B − C ) = P ( zT ≥ 2 B − C ) =

∫ 2 B −C

2B-C étant > B

2

1 − 2zT e dz 2πT

Mais le temps le plus fréquent ne dépend que de la volatilité et la barrière

Exemple: un stop à -3% avec une volatilité de 32% (0.02/jour) temps typique = 0.032/3* 0.022= 0.75 d ’une journée de trading, soit 6 heures … Trailing stop à temps constant T est proportionnel à σ : TrailingStop ≈ 1.73 T σ

Puis par différentiation par rapport à C:

P (zˆT ≥ B; C < zT ≤ C + dC ) =

1 e 2πT

( 2 B −C ) 2 − 2T

Le temps typique de passage peut être vu comme l ’horizon optimal d ’investissement étant donné un objectif

dC

Pour brownien avec drift, on montre que 27

Daniel HERLEMONT

Daniel HERLEMONT

Méthode d'évaluation numériques

28

Méthode de Monte Carlo

 Méthode de Monte Carlo  en quelques mots:  On génère des chemins de manière aléatoires  Pour chaque chemin, on calcule la valeur de l'option  On effectue la moyenne  Voir présentation nspécifique sur la Méthode de Monte Carlo

 Ne fonctionne que pour les options européennes

 Méthode Binomiale  en quelques mots  On découpe la durée jusqu'à échéance en n sous périodes à deux états (voire 3) par période => arbre  Le prix de l'option est calculé de proche en proche, en commençant par les noeds terminaux de l'arbre, …

 Bien adapté pour les options américaines

 Méthodes numériques : solution de facilité, mais consommatrice en temps de calcul. Daniel HERLEMONT

29

Daniel HERLEMONT

30

Page 5 5

Simulation de variables aléatoires lognormales

Daniel HERLEMONT

Monte Carlo - option vanille - programme C++

31

32

Daniel HERLEMONT

Monte Carlo - option vanille - programme C++ (suite)

Daniel HERLEMONT

Monte Carlo - Grecques

33

34

Daniel HERLEMONT

Monte Carlo - Delta - programme C++

Monte Carlo - Généralisation à des payoffs arbitraires

Options Digitales

Daniel HERLEMONT

35

Daniel HERLEMONT

36

Page 6 6

Monte Carlo - payoffs arbitraires - programme C++

Monte Carlo - options européennes - path dependent payoffs La fonction payoff prend maintenant un vecteur en paramètre représentant le chemin de l'actif

Daniel HERLEMONT

37

Daniel HERLEMONT

Génération d'un chemin lognormal

38

Monte Carlo - path dependent payoffs - exemples Options Asiatiques

Options lookback

Daniel HERLEMONT

39

Daniel HERLEMONT

Méthode binomiale

Daniel HERLEMONT

40

Méthode binomiale (suite)

41

Daniel HERLEMONT

42

Page 7 7

Méthode binomiale - C++

Méthode binomiale - options américaines - exemple

E A

Daniel HERLEMONT

43

Daniel HERLEMONT

44

Daniel HERLEMONT

Méthode binomiale - options américaines - méthode générale

G

Méthode Binomiale - call américain - en C++

45

46

Daniel HERLEMONT

Méthode binomiale - code R

Références

 John Hull, "Options, Futures, and Other Derivative Securities", 5th Ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. Existe aussi en version Française: "Options, futures et autres actifs dérivés" Editions Pearson Education, 2004  La Référence !

 Haug, "The complete guide to option pricing formulas ", 1997  De nombreux exemples sont tirés de ce livre (qui comprend aussi des feuilles excel et VBA prêtes à l'emploi …)

 Peter Zhang , "Exotic Options: A Guide to the Second Generations Options", 1998  (Nassim Taleb, "Dynamic Hedging", Wiley, 1996)  B. A. Odegaard « Financial Numerical Recipes in C++ », 2004. http://finance.bi.no/~bernt/gcc_prog/recipes

Daniel HERLEMONT

47

Daniel HERLEMONT

48

Page 8 8