蒙特卡洛法求圆周率 - 随机撒点可视化
在正方形内随机撒点,统计落在内切圆中的比例,动画逼近圆周率。
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蒙特卡洛路径 · 几何布朗运动模型 (GBM)
蒙特卡洛模拟是一种通过大量随机采样来估计数值结果的数学方法。在金融中,它通过生成数千条(或更多)随机价格路径,来评估资产未来价格的可能分布、风险指标(如VaR)、以及衍生品定价。每条路径都是基于随机过程(如几何布朗运动)生成的独立情景。
几何布朗运动是股价建模中最经典的随机过程。其公式为 dS = μS dt + σS dW,其中 μ 是漂移率(预期收益率),σ 是波动率,dW 是维纳过程(服从正态分布的随机增量)。该模型确保股价始终为正,并假设对数收益率服从正态分布——这是Black-Scholes期权定价模型的基础假设。
波动率衡量股价的不确定性。美股大盘(如标普500)的年化波动率通常在 15%-25% 之间,个股可能在 30%-60%,而加密货币等高风险资产可达 80%-150%。历史波动率可以从过去1年的日收益率标准差年化计算得到:σ ≈ std(日收益率) × √252。
由于几何布朗运动产生的终值服从对数正态分布,该分布具有正偏态(右偏),即少数极高的异常值会拉高均值,而大多数路径的终值集中在较低水平。因此中位数通常低于均值。中位数路径公式为 S₀ × exp((μ − σ²/2)T),而均值路径为 S₀ × exp(μT)——两者之差为 σ²/2 × T,这正是波动率拖累效应。
VaR (Value at Risk) 衡量在给定置信水平下的最大潜在损失。例如,5% VaR 表示在所有模拟路径中,有5%的终值低于该数值。如果初始投资100元,5% VaR为70元,意味着有95%的概率终值不低于70元(即最大损失不超过30元)。VaR是银行和基金公司常用的风险管理指标。
随机游走理论认为股价变动不可预测,今天的价格是明天价格的最佳预测。这与有效市场假说一致——所有已知信息已反映在当前价格中,未来价格变化仅由新信息(随机新闻)驱动。然而现实中市场并非完全有效,存在动量效应、均值回归等现象,因此GBM模型是一种理想化的近似。
1) 正态分布假设:GBM假设收益率服从正态分布,但真实市场存在"肥尾"现象(极端事件比正态分布预测的更频繁)。2) 恒定参数:波动率和收益率在现实中随时间变化(波动率聚集效应)。3) 无跳跃:模型不考虑股价的突然跳跃(如财报公布、突发事件)。4) 独立增量:假设每日收益相互独立,忽略了自相关性。对于更精确的建模,可考虑随机波动率模型(如Heston模型)或跳跃扩散模型。
步数越高,路径越平滑,模拟精度越高。常用设置:252步≈1年交易日(日频模拟)、52步≈每周、12步≈每月。对于期权定价,通常使用1000步以上以确保收敛。但步数过多会增加计算时间。实践中200-500步对可视化已足够。本工具默认252步以匹配日频交易节奏。
图表中的置信区间带(默认显示5%-95%分位数范围)表示在所有模拟路径中,有90%的路径在该区间内波动。带宽越宽说明不确定性越大。如果区间带在某个时间点急剧扩大,说明长期预测的不确定性显著增加——这是随机游走的典型特征:预测误差随时间的平方根增长。
在正方形内随机撒点,统计落在内切圆中的比例,动画逼近圆周率。
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