Modelowanie rynków finansowych z wykorzystaniem pakietu R

Podobne dokumenty
Obliczenia iteracyjne

Metody numeryczne w przykładach

Prawdopodobieństwo i statystyka

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Metoda Monte Carlo i jej zastosowania

1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu

Metody Numeryczne w Budowie Samolotów/Śmigłowców Wykład I

ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH

Wybrane metody przybliżonego. wyznaczania rozwiązań (pierwiastków) równań nieliniowych

Laboratorium 1b Operacje na macierzach oraz obliczenia symboliczne

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCHY KOMPETENCJI EFEKTY KSZTAŁCENIA

Obliczenia Symboliczne

2.1. Postać algebraiczna liczb zespolonych Postać trygonometryczna liczb zespolonych... 26

automatyka i robotyka II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

ROZKŁAD MATERIAŁU DO 1 KLASY LICEUM (ZAKRES PODSTAWOWY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

Rzut oka na współczesną matematykę spotkanie 3: jak liczy kalkulator i o źródłach chaosu

Metody iteracyjne rozwiązywania układów równań liniowych (5.3) Normy wektorów i macierzy (5.3.1) Niech. x i. i =1

RÓŻNICZKOWANIE FUNKCJI WIELU ZMIENNYCH: rachunek pochodnych dla funkcji wektorowych. Pochodne cząstkowe funkcji rzeczywistej wielu zmiennych

x y

Metody numeryczne Wykład 7

Z52: Algebra liniowa Zagadnienie: Zastosowania algebry liniowej Zadanie: Operatory różniczkowania, zagadnienie brzegowe.

Rachunek różniczkowy i całkowy w przestrzeniach R n

Inżynierskie metody analizy numerycznej i planowanie eksperymentu / Ireneusz Czajka, Andrzej Gołaś. Kraków, Spis treści

Wstęp do metod numerycznych Zadania numeryczne 2016/17 1

Odniesienie symbol I [1] [2] [3] [4] [5] Efekt kształcenia

Wstęp do sieci neuronowych, wykład 12 Łańcuchy Markowa

Agata Boratyńska ZADANIA Z MATEMATYKI, I ROK SGH GRANICA CIĄGU

Metody Numeryczne Optymalizacja. Wojciech Szewczuk

Ilustracja metody MONTE CARLO. obliczania całek podwójnych

ROZWIĄZYWANIE UKŁADÓW RÓWNAŃ NIELINIOWYCH PRZY POMOCY DODATKU SOLVER PROGRAMU MICROSOFT EXCEL. sin x2 (1)

Tydzień nr 9-10 (16 maja - 29 maja), Równania różniczkowe, wartości własne, funkcja wykładnicza od operatora - Matematyka II 2010/2011L

METODY ROZWIĄZYWANIA RÓWNAŃ NIELINIOWYCH

Opis efektów kształcenia dla programu kształcenia (kierunkowe efekty kształcenia) WIEDZA. rozumie cywilizacyjne znaczenie matematyki i jej zastosowań

Układy równań nieliniowych (wielowymiarowa metoda Newtona-Raphsona) f(x) = 0, gdzie. dla n=2 np.

Metody numeryczne. materiały do wykładu dla studentów. 7. Całkowanie numeryczne

Spis treści. I. Skuteczne. Od autora... Obliczenia inżynierskie i naukowe... Ostrzeżenia...XVII

5. Rozwiązywanie układów równań liniowych

Metody Obliczeniowe w Nauce i Technice

Prawdopodobieństwo i statystyka

1. Znajdowanie miejsca zerowego funkcji metodą bisekcji.

Rachunek różniczkowy i całkowy 2016/17

1 Wykład 4. Proste Prawa wielkich liczb, CTG i metody Monte Carlo

Metody numeryczne. dr Artur Woike. Ćwiczenia nr 2. Rozwiązywanie równań nieliniowych metody połowienia, regula falsi i siecznych.

Mathcad c.d. - Macierze, wykresy 3D, rozwiązywanie równań, pochodne i całki, animacje

Wykorzystanie programów komputerowych do obliczeń matematycznych

E-N-1112-s1 MATEMATYKA Mathematics

Układy równań i równania wyższych rzędów

Matematyka 2. Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Wstęp do sieci neuronowych, wykład 11 Łańcuchy Markova

Instytut Politechniczny Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa. Diagnostyka i niezawodność robotów

Wstęp do metod numerycznych Uwarunkowanie Eliminacja Gaussa. P. F. Góra

Równania nieliniowe. LABORKA Piotr Ciskowski

Egzamin z Metod Numerycznych ZSI, Egzamin, Gr. A

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 4. Równania różniczkowe zwyczajne podstawy teoretyczne

Lista 6. Kamil Matuszewski 13 kwietnia D n =

Zaawansowane metody numeryczne

Metody numeryczne. materiały do wykładu dla studentów

Aby przygotować się do kolokwiów oraz do egzaminów należy ponownie przeanalizować zadania

Wstęp do Rachunku Prawdopodobieństwa, IIr. WMS

OBLICZANIE POCHODNYCH FUNKCJI.

Elementy projektowania inzynierskiego Przypomnienie systemu Mathcad

Przykładowe zadania na egzamin z matematyki - dr Anita Tlałka - 1

MATLAB Prowadzący: dr hab. inż. Marek Jaszczur Poziom: początkujący

Wstęp do analitycznych i numerycznych metod wyceny opcji

Matematyka z el. statystyki, # 4 /Geodezja i kartografia I/

Układy równań liniowych. Ax = b (1)

Mikroekonometria 6. Mikołaj Czajkowski Wiktor Budziński

Zajęcia: VBA TEMAT: VBA PROCEDURY NUMERYCZNE Metoda bisekcji i metoda trapezów

Równania różniczkowe. Lista nr 2. Literatura: N.M. Matwiejew, Metody całkowania równań różniczkowych zwyczajnych.

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

1 Relacje i odwzorowania

Kup książkę Poleć książkę Oceń książkę. Księgarnia internetowa Lubię to!» Nasza społeczność

WYKAZ KIERUNKOWYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA KIERUNEK: MATEMATYKA, SPS WIEDZA

Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium 15 30

ROZKŁAD MATERIAŁU DO 1 KLASY LICEUM (ZAKRES ROZSZERZONY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Wprowadzenie do Mathcada 1

Metody rozwiązywania równań nieliniowych

Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych

Wykład Matematyka A, I rok, egzamin ustny w sem. letnim r. ak. 2002/2003. Każdy zdający losuje jedno pytanie teoretyczne i jedno praktyczne.

1 Równania nieliniowe

Wykład 1 Próba i populacja. Estymacja parametrów z wykorzystaniem metody bootstrap

Wprowadzenie Metoda bisekcji Metoda regula falsi Metoda siecznych Metoda stycznych RÓWNANIA NIELINIOWE

Metody numeryczne. materiały do wykładu dla studentów

Mikroekonometria 5. Mikołaj Czajkowski Wiktor Budziński

Układy równań liniowych

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 12

Iteracyjne rozwiązywanie równań

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

Numeryczna algebra liniowa

Laboratorium 5 Przybliżone metody rozwiązywania równań nieliniowych

WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI KARTA PRZEDMIOTU

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 2

WYKŁADY Z MATEMATYKI DLA STUDENTÓW UCZELNI EKONOMICZNYCH

Wykład 14 i 15. Równania różniczkowe. Równanie o zmiennych rozdzielonych. Definicja 1. Równaniem różniczkowym zwyczajnym rzędu n nazywamy równanie

Wstęp do analizy matematycznej

METODY NUMERYCZNE. Wykład 4. Numeryczne rozwiązywanie równań nieliniowych z jedną niewiadomą. prof. dr hab.inż. Katarzyna Zakrzewska

Kubatury Gaussa (całka podwójna po trójkącie)

Podstawy obsługi pakietu GNU octave.

Transkrypt:

Modelowanie rynków finansowych z wykorzystaniem pakietu R Metody numeryczne i symulacje stochastyczne Mateusz Topolewski woland@mat.umk.pl Wydział Matematyki i Informatyki UMK

Plan działania 1 Całkowanie w R 2 Optymalizacja symulacji 3 Rozwiązywanie równań w R

Całka Riemanna Niech f : [a, b] R będzie funkcją ciągłą. Wówczas całkę Riemanna z funkcji f możemy przybliżać tzw. sumami Riemanna. Twierdzenie b a 1 n 1 f (t)dt lim f n n k=0 (a + kn (b a) ). Źródło: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:riemann_sum6.jpg

Metoda Monte Carlo Mocne Prawo Wielkich Liczb Niech {X n } n N będzie ciągiem niezależnych zmiennych losowych o tym samym rozkładzie. Jeżeli E [ X 1 ] <, to 1 n n k=1 X k p.n. n E [X 1]. Niech f : [a, b] R będzie ciągłą funkcją niujemną oraz M sup t [a,b] f (t). Rozważmy funkcję X : [a, b] [0, M] {0, 1} zadaną wzorem { 1, y f (x) X(x, y) = 0, y > f (x). Wówczas X ma rozkład Bernoullego z jedną próbą i prawdopodobieństwem sukcesu b f (t)dt a M(b a).

Metoda Monte Carlo cd. Niech zmienne X 1, X 2,... będą niezależne i mają rozkład L(X). Wówczas b a 1 f (t)dt = M(b a) lim n n n X k. k=1

Wartość oczekiwana Bezpośrednio z mocnego prawa wielkich liczb możemy obliczać również wartości oczekiwane złożonych zmiennych losowych. Niech X 1,..., X d będą niezależnymi zmiennymi losowymi oraz {X 1 n },..., {X d n } ich niezależnymi kopiami. Wówczas dla dowolnej funkcji mierzalnej f : R d R jeśli E [ f (X 1,..., X d ) ] <, to E [ f (X 1,..., X d ) ] 1 = lim n n n f (Xk 1,..., Xk d ). k=1 Przykład Niech U U(0, 1). Wartość oczekiwaną E [ Φ 1 (U) ] możemy przybliżać w R poleceniami postaci > mean(qnorm(runif(n))), gdzie n jest ustaloną liczbą.

Wektoryzacja obliczeń Jedną z metod przyśpieszania obliczeń R-a jest tzw. wektoryzacja obliczeń. Zamiast powtarzać działanie funkcji w pętli, działamy funkcją na cały wektor (macierz) argumentów. Służą do tego polecenia z rodziny apply. Funkcje jednego argumentu Polecenie: sapply(x, fun, pozostale_argumenty) zwróci wektor tej samej długości co x zawierający wartości funcji fun ze zmieniającym się pierwszym argumentem i ustalonymi pozostałymi. Przykład Całkę Riemanna b a f (t)dt możemy obliczyć poleceniem: > mean(sapply(seq(a,b,1/n),f)).

Wektoryzacja obliczeń cd. Funkcje wielu argumentów Polecenie apply wykonuje podobną operację, z tym że x jest teraz macierzą której wiersze (lub kolumny) są kolejnymi wektorami argumentów. Składnia polecenia wygląda następująco > apply(x, margin, fun, pozostale_argumenty), gdzie zmienna margin mówi czy waktory wartości wpisane są w wierszach (wartość 1), czy kolumnach (wartość 2). W dokumentacji można znaleźć inne działające na podobnej zasadzie funkcje wykonujące operacje na macierzach, listach, wyrażeniach, etc.

Inne metody Uwaga Niektóre funkcje (np. sin(), cos(), exp(), sqrt()) po podaniu jako argumentu wektora argumentów zwracają wektor wartości. Podobnie będą działały funkcje użytkownika wykonujące proste operacje. Schemat ten nie zadziała jeżeli argument jest np. wymiarem macierzy tworzonej przez funkcję. Wirtualne klastry Inną metodą przyśpieszenia obliczeń jest stworzenie z kilku rdzeni procesora wirtualnego klastra obliczeniowego. Można wtedy wykonywać obliczenia równoległe na kilku rdzeniach. Procedura ta jest szczególnie przydatna w 32-bitowych wersjach R-a. Rozwiązania te są zaimplementowane w pakietach snow, parallel i innych. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w dokumentacji.

Pierwiastki równania Każde równanie z jedną zmienną można sprowadzić do postaci (nieliniowej) f (x) = 0. W języku R takie równania można rozwiązywać m.in. za pomocą pakietu rootsolve. Dokumentacja pakietu dostępna jest na serwerze CRAN. Pakiet rootsolve Z pomocą pakietu rootsolve możemy: rozwiązywać równania nieliniowe (jedno i wielowymiarowe); rozwiązywać równania różniczkowe zwyczajne i cząstkowe; aproksymować gradienty funkcji nieliniowych;

Pierwiastki równania Każde równanie z jedną zmienną można sprowadzić do postaci (nieliniowej) f (x) = 0. W języku R takie równania można rozwiązywać m.in. za pomocą pakietu rootsolve. Dokumentacja pakietu dostępna jest na serwerze CRAN. Pakiet rootsolve Z pomocą pakietu rootsolve możemy: rozwiązywać równania nieliniowe (jedno i wielowymiarowe); rozwiązywać równania różniczkowe zwyczajne i cząstkowe; aproksymować gradienty funkcji nieliniowych;

Funkcja uniroot Do rozwiązywania równań nieliniowych służy funkcja uniroot() oparta na algorytmie Brenta zakładającym ciągłość funkcji. Jako argumenty podajemy funkcję f oraz przedział, w którym znajduje się pierwiastek (przedział podajemy w postaci c(poczatek, koniec)). Dodatkowo możemy ustawić między innymi: tol pożądaną dokładność przybliżenia maxiter maksymalną liczbę powtórzeń algorytmu (domyślnie 1000) Wynikiem działania funkcji jest lista zawierająca cztery elementy: root pierwiastek f.root wartość funkcji w wyznaczonym punkcie iter liczbę iteracji algorytmu estim.prec przybliżoną dokładność wyniku

Przykład Rozważmy równanie e x = x, lub równoważnie f (x) = e x x = 0. Rozwiążemy je w dwóch etapach 1. Implementacja funkcji f : > f <- function(x) return(exp(-x)-x) 2. Zastosowanie funkcji uniroot: > uniroot(f,c(0,1) Uwaga Funkcja uniroot na początku sprawdza czy wartości f na końcach przedziałów są różnych znaków. Czasami dla określenia przedziału dla algorytmu warto oszacować go na podstawie wykresu.