在数学领域中,财务数学是一个崭新的研究领域。财务数学可以追溯到西元
1900 年 L. Bachelier 的博士论文 [2]。在他的博士论文中,他把 Brownian
motion 当作股票价格来探讨一些财务现象。
但严格来说,真正的财务数学起源于 1973 年。F. Black、M. S. Scholes
及 R. C. Merton 分别在两篇论文中发表了有关 European call option 的定价公式。其中用到了一些随机分析与偏微分方程的技巧,这引起了数学家的高度兴趣。
经过 Cox and Ross(1976)、Harrison and Pliska(1981、1983)的工作,把财务上重要的假设
“no arbitrage”和数学语言“equivalent martingale measures”结合在一起后,数学在财务理论中的应用显得更加重要,财务数学这个研究领域也逐渐成形。
发展至今,财务数学在欧美已经成长为一门庞大的学科,大多数毕业生都在银行界与实务界发展。这门课将讨论并介绍财务中较常遇到的概率数学工具。
要扎实学好财务数学,最好完整修完下列课程:
- Advanced calculus(高等微积分);
- Real analysis(实变函数论);
- Advanced probability/Probability based on measure theory(高等概率论/建立在测度论上的概率论);
- Stochastic processes(随机过程);
- Stochastic calculus/stochastic analysis(随机微积分/随机分析);
- Financial mathematics in discrete-time(离散时间财务数学);
- Financial mathematics in continuous-time(连续时间财务数学)。
此外,Partial differential equation(偏微分方程)、Numerical analysis
(数值分析)与 Numerical finance(数值财务)也在财务数学中扮演举足轻重的角色。
但上述每一门课通常都需要一整年学习。即使对想研究理论财务数学的学生来说,第
1、4、5、6、7 项也是必要的。对一般硕士生而言,要在两年内修完这些课程并完成硕士班学业,几乎是不可能的任务。
本课程较着重理论方面,但要在短时间内学好这些课程相当困难。一方面,台湾几乎没有一所学校能够开出所有课程;另一方面,要在两年内念完这些课程并完成硕士班学业也不太可能。一般的学习规划是:
- 先备知识(大学部课程):Stochastic processes;
- 第一年:Probability Theory + Financial Mathematics in Discrete-time;
- 第二年:Stochastic Analysis + Financial Mathematics in Continuous-time。
我们没有这么多时间,所以必须把全部内容浓缩到一个学年的课程中。不过,建议对财务数学感兴趣的同学,如果有机会和足够时间,可以旁听或修习上述课程。
本课程大致安排如下。
第一部分先介绍概率论的一些基本概念,例如概率空间、期望值、条件期望值、martingale theory 等。
第二部分介绍 one-period model 与 multi-period model,并说明其中的一些名词及其用意。之所以先介绍 one-period model,是因为在 one-period model 中,整个财务定价过程比较自然,各项性质也比较直观。若直接定义 continuous-time 的对象,大多会失去一些直觉,这对第一次接触财务数学的人来说是很棘手的问题。
另外,从数学上说,由 multi-period model 推导 continuous-time model
是标准的逼近方法,而且有些性质只有在 multi-period model 中才显现出来。
第三部分讨论随机分析。这也是最困难的部分。数学困难是一回事,如何讲到让学习者理解则更加困难。本课程基本上不讲过于复杂的数学证明,而着重数学的应用与直觉培养。
最后一部分讨论 continuous-time model,并介绍一些常用的连续时间模型。