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投資組合風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)差,投資組合風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)差公式?

錢如故

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前一篇文章36 投資組合收益率的計(jì)算中介紹了收益率的計(jì)算方法,作為其姊妹篇,本文主要介紹投資組合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)量方法的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。

首先需要搞清楚與度量風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的幾個(gè)重要的理論點(diǎn)。不要問為什么,反正很重要。等您把風(fēng)險(xiǎn)度量的原理徹底搞懂的時(shí)候自然會(huì)明白。由于這個(gè)知識(shí)點(diǎn)涉及的數(shù)學(xué)定義比較多,請(qǐng)您務(wù)必靜下心來認(rèn)真搞懂每一個(gè)點(diǎn)。不論您是高職生,本科生,還是財(cái)務(wù)類專業(yè)的研究生,本著夠用,本文沒有過多理論延伸,感興趣的可以自行延伸學(xué)習(xí)。但是,搞懂本文介紹的幾個(gè)點(diǎn)是后續(xù)計(jì)算所必須的。

不失一般性,我在文末給出python的程序?qū)崿F(xiàn),僅供您學(xué)習(xí)參考。

今天是國慶節(jié),祝偉大祖國更加繁榮富強(qiáng)!也祝大家國慶快樂!

正文起:

1、方差

方差(variance/deviation Var),這一詞語率先由羅納德·費(fèi)雪(Ronald Fisher)在其論文《The Correlation Between Relatives on the Supposition of Mendelian Inheritance》中提出。是在概率論和統(tǒng)計(jì)上用來對(duì)隨機(jī)變量或一組數(shù)據(jù)離散程度的度量。概率論中方差用來度量隨機(jī)變量與其數(shù)學(xué)期望之間的偏離程度,即二階中心矩。統(tǒng)計(jì)中的方差是樣本值與樣本均值離差平方和的平均數(shù)。數(shù)學(xué)計(jì)算式如下:

1.1 總體方差計(jì)算公式

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1.2 樣本方差計(jì)算公式

實(shí)際中總體均值很難取得,人們常用樣本統(tǒng)計(jì)量代替總體統(tǒng)計(jì)量。經(jīng)校正后,樣本方差計(jì)算公式為:

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(1)離散型數(shù)據(jù)的方差

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即:

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(2)連續(xù)型數(shù)據(jù)的方差

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即:

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另根據(jù)二階矩得:

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樣本方差和樣本標(biāo)準(zhǔn)差(方差的平方根)用來衡量一個(gè)樣本波動(dòng)的大小,樣本方差或樣本標(biāo)準(zhǔn)差越大,樣本數(shù)據(jù)的波動(dòng)就越大。

2、協(xié)方

兩個(gè)實(shí)隨機(jī)變量XY之間的協(xié)方Cov(X,Y)定義為:

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即:

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從定義看,協(xié)方差表示兩個(gè)變量與其均值誤差乘積的數(shù)學(xué)期望。

(1)如果X-E(X)>0 與Y-E(Y)>0,即兩個(gè)變量的變化方向一致,則cov(x,y)>0。

(2)如果X-E(X)>0 與Y-E(Y)<0,即兩個(gè)變量的變化方向相反,則cov(x,y)<0。

(3)如果X-E(X)<0 與Y-E(Y)>0,即兩個(gè)變量的變化方向相反,則cov(x,y)<0。

(4)如果X-E(X)<0 與Y-E(Y)<0,即兩個(gè)變量的變化方向一致,則cov(x,y)>0。

顯然,如果x與y彼此獨(dú)立,則cov(x,y)=0,因?yàn)閮蓚€(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量E[XY]=E[X]E[Y]。協(xié)方差為0的兩個(gè)隨機(jī)變量是不相關(guān)的。

由協(xié)方差定義知:

Cov(X,X)=D(X),Cov(Y,Y)=D(Y)。即兩組變量一樣的時(shí)候的協(xié)方差就是該變量的方差。

顯然,協(xié)方差最明顯的作用是用來判斷變量變動(dòng)方向是否一致,即變量之間的相關(guān)性。

3、相關(guān)系數(shù)

皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)定義為:

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關(guān)于相關(guān)系數(shù)與協(xié)方差,方差之間的關(guān)系在上面的公式中已經(jīng)表示的很清楚了,在此不做過多說明。對(duì)此想深入了解的可以查閱相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)書籍。

4、正定矩陣(positive definite matrix)

(1)廣義定義:設(shè)A是n階方陣,如果對(duì)任何非零向量X,都有XTAX>0,其中XT表示X的轉(zhuǎn)置,就稱A為正定矩陣。

如果B為n階方陣,E為單位矩陣,a為正實(shí)數(shù)。在a充分大時(shí),aE+B為正定矩陣。

(2)狹義定義:一個(gè)n階的實(shí)對(duì)稱陣A是正定的,當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)于所有的非零實(shí)系數(shù)向量X,都有XTAX> 0,其中XT表示X的轉(zhuǎn)置。

(3)對(duì)稱正定矩陣。

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一個(gè)實(shí)對(duì)稱矩陣 A 正定,當(dāng)且僅當(dāng)存在可逆矩陣C,使得A=CTC;

一個(gè)實(shí)對(duì)稱矩陣 A 正定,當(dāng)且僅當(dāng)A 的特征值全大于零;因此,求出A的所有特征值,若A的特征值均為正數(shù),則A是正定的;若A的特征值均為負(fù)數(shù),則A為負(fù)定的。

5、半正定矩陣(positive semidefinite matrix)

(1)廣義定義:設(shè)A是n階方陣,如果對(duì)任何非零向量X,都有XTAX≥0,其中XT表示X的轉(zhuǎn)置,就稱A為半正定矩陣。

(2)狹義定義:設(shè)A為實(shí)對(duì)稱矩陣,若對(duì)于每個(gè)非零實(shí)向量X,都有XTAX≥0,則稱A為半正定矩陣,稱XT'AX為半正定二次型。XT表示X的轉(zhuǎn)置。

設(shè)A是n階實(shí)對(duì)稱矩陣,A的特征值均為非負(fù)的;存在n階實(shí)矩陣C,使A=CTC。

6、Cholesky分解

當(dāng) A 是一個(gè)實(shí)對(duì)稱正定矩陣(SPD, real Symmetric positive definite matrix)時(shí),它就可以分解成下三角矩陣 C 和上三角矩陣CT的乘積。

即:A=CTC,C為分解出的下三角矩陣。

為啥要介紹這些理論?

因?yàn)椋竺嬗?jì)算投資組合的標(biāo)準(zhǔn)差(風(fēng)險(xiǎn)),要開根號(hào),根號(hào)里的數(shù)據(jù)必須大于等于零。否則在實(shí)數(shù)域范圍內(nèi)無法求解。

這些概念將在后面的計(jì)算都會(huì)用到,所以不要以為是多余的,同時(shí)要樹牢觀念,數(shù)學(xué)的觀念。

基本概念就介紹這么多,感興趣的可以查閱相關(guān)資料以獲得更加深入的學(xué)習(xí)。

7、相關(guān)算法程序

不知道何故,系統(tǒng)的代碼塊功能調(diào)試中,今日頭條平臺(tái)提示說該功能逐步開放。

有需要查看相關(guān)算法程序的,請(qǐng)查閱并關(guān)注我的微信公眾號(hào)文章:37 投資組合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)量(理論基礎(chǔ))。

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【僅供參考】

授人玫瑰,手留余香。

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