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金融代写|利率建模代写Interest Rate Modeling代考|CALIBRATION TO CAPS, SWAPTIONS
In the fixed-income market, caps, floors, and ATM swaptions dominate liquidity, and hence they are considered to be benchmark derivatives. For hedging purposes, swaptions are used more often than are caps and floors. Hence, it is highly desirable to have a LIBOR model calibrated to swaptions, in addition to caps and floors. If we take a parametric approach for the calibration, we will have a trivial numerical problem for which we do not have much to say. All we need to do is to adopt the parameterization for $\left|\gamma_j(t)\right|$ like Equation 6.79, and solve for the parameters through a minimization procedure. In this section, we instead will take a nonparametric approach and avoid putting a structure on the solution, in hopes of gaining insights into the “objective” local volatility function.
Unlike conventional approaches of option calibrations that match prices, we instead take an alternative approach to match Black’s volatilities. The calibration to ATM swaptions is described as follows. Let $\left{\sigma_{m, n}\right}$ be a set of implied Black’s volatilities of benchmark swaptions. We look for $\left{\gamma_j(t)\right}$, which makes the Black’s volatilities of the model equal to the implied Black’s volatilities:
$$
\sigma_{m, n}^2=\frac{1}{T_m-t} \int_t^{T_m} \sum_{j, k=m+1}^n \omega_j \omega_k \gamma_j^{\mathrm{T}}(s) \boldsymbol{\gamma}_k(s) \mathrm{d} s, \quad \text { for }(m, n) \in \Gamma .
$$
Here, we use $\Gamma$ to denote the index set of the input swaptions. Note that when $n=m+1$, the swaption reduces to a caplet and Equation $7.23$ reduces to Equation 7.12, so Equation $7.23$ applies to both caplets and swaptions. When there are only caps (or equivalently, caplets) in the input set, the local volatility can be time-independent, corresponding to a volatility function that is flat in the direction of time, as was shown in Figure 7.2. If there are, in addition, swaptions in the input set, we will need to bend the volatility function or, in other words, make the local volatility function time-dependent as well.
金融代写|利率建模代写Interest Rate Modeling代考|Rank-Reduction Algorithm
To fit a LIBOR market model optimally to input correlations, we must first find the low-rank approximations to the input correlation matrices, as was explained in the last section. This is formulated as a constrained minimization problem 7.28, which is a special case of the so-called rank reduction problem for matrices. A somewhat more general rank-reduction problem can be formulated as follows. For a symmetric matrix, $C \in R^{N \times N}$, where $R^{N \times N}$ represents the collection of $N$-by- $N$ real matrices, the rank- $n$ approximation is defined as the solution to the following problem:
$$
\begin{aligned}
&\min _X|C-X|_F \
&\text { s.t. } \operatorname{rank}(X) \leq n<N, \quad \operatorname{diag}(X)=\operatorname{diag}(C) .
\end{aligned}
$$
We denote any solution to problem $7.36$ as $C^$. Note that problem $7.36$ does not impose the explicit condition of the non-negativity of a solution. This, however, is not a concern, because we can prove that $C^$ will be automatically a non-negative matrix provided that $C$ is one. The proof is beyond the scope of this book and we refer to Zhang and Wu (2003) for details. For later use, we denote the feasible set of problem $7.36$ as
$$
\mathcal{H}=\left{X \in R^{N \times N} \mid \operatorname{rank}(X) \leq n, \quad \operatorname{diag}(X)=\operatorname{diag}(C)\right} .
$$
Following the general approach of Lagrange methods, we transform the above constrained minimization problem into an equivalently min-max problem. Let $\mathcal{R}_n$ be the subset of $R^{N \times N}$ for matrices with ranks less or equal to $n$.

金融代写|利率建模代写Interest Rate Modeling代考|校准瓶盖、交换器
在固定收益市场,上限、下限和ATM互换支配着流动性,因此它们被视为基准衍生品。出于对冲目的,掉期交易比上限和下限使用得更多。因此,除了设定上限和下限之外,我们非常希望LIBOR模型能够与互换进行校准。如果我们采用参数方法进行校准,我们将遇到一个微不足道的数值问题,对此我们没有太多要说的。我们所需要做的就是像6.79式那样对$\left|\gamma_j(t)\right|$采用参数化,并通过最小化过程求解参数。在本节中,我们将采用一种非参数的方法,并避免在解上添加结构,以期深入了解“客观的”局部波动函数
与匹配价格的传统期权校准方法不同,我们采用一种替代方法来匹配布莱克波动率。对ATM交换器的校准描述如下。设$\left{\sigma_{m, n}\right}$为基准掉期的隐含布莱克波动率集合。我们寻找$\left{\gamma_j(t)\right}$,这使得模型的Black的波动率等于隐含的Black的波动率:
$$
\sigma_{m, n}^2=\frac{1}{T_m-t} \int_t^{T_m} \sum_{j, k=m+1}^n \omega_j \omega_k \gamma_j^{\mathrm{T}}(s) \boldsymbol{\gamma}_k(s) \mathrm{d} s, \quad \text { for }(m, n) \in \Gamma .
$$
这里,我们使用$\Gamma$表示输入交换的索引集。注意,当$n=m+1$时,交换简化为一个冠状体,而公式$7.23$简化为公式7.12,因此公式$7.23$同时适用于冠状体和交换。当输入集中只有大写字母(或等价地,小句)时,局部波动率可以与时间无关,对应的波动率函数在时间方向上是平坦的,如图7.2所示。如果输入集中还有交换,我们将需要弯曲波动函数,换句话说,使局部波动函数也依赖于时间
金融代写|利率建模代写Interest Rate Modeling代考|降秩算法
为了使LIBOR市场模型最优地适应输入相关性,我们必须首先找到输入相关性矩阵的低秩近似值,如上一节所述。这被表述为一个有约束的最小化问题7.28,这是所谓矩阵秩约简问题的一个特例。一个更一般的秩降问题可以表述如下。对于一个对称矩阵$C \in R^{N \times N}$,其中$R^{N \times N}$表示$N$ -by- $N$实矩阵的集合,秩- $n$近似定义为以下问题的解:
$$
\begin{aligned}
&\min _X|C-X|_F \
&\text { s.t. } \operatorname{rank}(X) \leq n<N, \quad \operatorname{diag}(X)=\operatorname{diag}(C) .
\end{aligned}
$$
我们将问题$7.36$的任何解表示为$C^$。注意,问题$7.36$没有强加解的非负性的显式条件。然而,这不是一个问题,因为我们可以证明,如果$C$是一个非负矩阵,$C^$将自动成为一个非负矩阵。证明超出了本书的范围,详情请参阅Zhang和Wu(2003)。为了以后使用,我们将问题$7.36$的可行集表示为
$$
\mathcal{H}=\left{X \in R^{N \times N} \mid \operatorname{rank}(X) \leq n, \quad \operatorname{diag}(X)=\operatorname{diag}(C)\right} .
$$
,按照拉格朗日方法的一般方法,我们将上述约束最小化问题转化为等价的最小-极大问题。对于秩小于或等于$n$的矩阵,设$\mathcal{R}_n$为$R^{N \times N}$的子集。

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