Panna, orel a cena opce
Heads, tails and the option price
Hoďte korunou. Pak ještě jednou. A pak milionkrát. Z obyčejných hodů vznikne Brownův pohyb, model, na kterém banky oceňují opce ukryté v každém strukturovaném produktu. Projdeme to krok za krokem a všechno si vyzkoušíte sami.
Toss a coin. Then again. Then a million times. Plain coin tosses add up to Brownian motion, the model banks use to price the options hidden inside every structured product. We'll go step by step, and you can try everything yourself.
Každý hod je malá náhoda. Součet všech dosavadních kroků je náhodná procházka. Nikdo neví, kam půjde další krok, a přesto má celá procházka velmi přesná pravidla. Právě ta budeme potřebovat k ocenění opce.
Na trhu to funguje podobně. Každý den přinese drobnou zprávu, která cenu akcie postrčí nahoru nebo dolů. Cena je součtem tisíců takových postrčení.
Each toss is a small piece of chance. The running total of all steps so far is a random walk. Nobody knows where the next step goes, yet the walk as a whole follows very precise rules. Those rules are exactly what we need to price an option.
Markets work the same way. Every day brings small news that nudges a share price up or down. The price is the sum of thousands of such nudges.
Dokážete napodobit náhodu?
Než pustíme koruny do práce, malá zkouška. Zkuste klikáním vymyslet řadu 50 hodů, která bude vypadat jako skutečná. Pak ji porovnáme s tím, jak se chovají opravdové koruny. Většina lidí neprojde.
Before we put the coins to work, a quick test. Click your way through 50 made-up tosses that look like the real thing. Then we'll compare them with how real coins behave. Most people fail.
Lidé se snaží, aby řada „vypadala náhodně“. Proto střídají strany častěji, než by to udělala skutečná koruna, a vyhýbají se dlouhým sériím. Skutečná náhoda je hrbolatá: série pěti, šesti stejných hodů jsou v řadě o 50 hodech úplně normální.
Na trhu je to stejné. Pár růstových dní za sebou ještě není trend a série propadů nemusí znamenat krizi. Dobrý model náhody musí tyhle série umět, jinak podcení riziko.
People try to make a sequence “look random”, so they switch sides more often than a real coin would and avoid long streaks. Real randomness is lumpy: runs of five or six identical tosses are perfectly normal in 50 tosses.
Markets are no different. A few up days in a row are not a trend, and a string of losses need not mean a crisis. A good model of chance has to produce such streaks, or it will underestimate risk.
Tisíc chodců a zvonová křivka
Jeden chodec je nevyzpytatelný. Tisíc chodců už vytvoří tvar, který se dá předpovědět. Galtonova deska to ukazuje doslova: každý kolíček je jeden hod korunou a kulička na něm odskočí doleva, nebo doprava. Dole se kuličky samy seskládají do zvonové křivky normálního rozdělení.
One walker is unpredictable. A thousand walkers form a shape you can predict. The Galton board shows it literally: every peg is one coin toss, and the ball bounces left or right. At the bottom the balls pile up into the bell curve of the normal distribution.
Druhá důležitá věc: jak daleko chodci po n krocích typicky dojdou? Ne n kroků, ale jen zhruba √n. Po 100 hodech je typický chodec asi 10 kroků od startu, po 10 000 hodech asi 100. Nejistota roste s odmocninou času. Tuhle odmocninu pak uvidíte v každém vzorci pro opce.
The second key fact: how far do walkers typically get after n steps? Not n steps, only about √n. After 100 tosses a typical walker is about 10 steps from the start, after 10,000 tosses about 100. Uncertainty grows with the square root of time. You will meet that square root in every option pricing formula.
Opilý námořník a opilý pták
Matematik Šizuo Kakutani to shrnul jednou větou: „Opilý muž domů trefí, opilý pták se může ztratit navždy.“ Zní to jako hospodská historka, ale je to přesná matematika. George Pólya v roce 1921 dokázal, že náhodná procházka po přímce i po rovině se na start vrátí s jistotou, kdežto v prostoru jen asi ve 34 % případů. Svůj problém přitom popsal doslova jako bloudění v síti ulic.
The mathematician Shizuo Kakutani put it in one line: “A drunk man will find his way home, but a drunk bird may get lost forever.” It sounds like a pub joke, but it is exact mathematics. In 1921 George Pólya proved that a random walk on a line or on a plane returns to its start with certainty, while in space it does so only about 34% of the time. He literally described his problem as wandering through a network of streets.
Na molu se domů vrátí skoro každý, a rychle. Ve městě to trvá, ale nakonec dojdou všichni, jen křivka roste hodně pomalu. Ve vzduchu se křivka zastaví kolem 34 % a dál už neroste: dva racci ze tří své hnízdo nenajdou nikdy.
Každá akcie v koši je jeden rozměr. Autocall na nejhorší z několika akcií (worst-of) se předčasně splatí, jen když jsou v den pozorování všechny akcie zároveň na startu nebo nad ním. To je jako trefit se v prostoru zpátky do hnízda: s každou další akcií je to vzácnější.
Every share in a basket is one dimension. An autocall on the worst of several shares (worst-of) repays early only when all the shares at once stand at or above their start on the observation date. That is like flying back into the nest in space: every extra share makes it rarer.
Proto worst-of na víc akcií nabízí vyšší kupón a nese vyšší riziko. Pomáhá jen vysoká korelace: když se akcie hýbou spolu, chovají se skoro jako jediný chodec.
That is why a worst-of on more shares offers a higher coupon and carries more risk. Only high correlation helps: when the shares move together, they behave almost like a single walker.
Zmenšujeme krok: zrod Brownova pohybu
Teď přijde trik. Časový úsek od 0 do 1 rozdělíme na n hodů a necháme n růst. Kroky musí být čím dál menší, jinak procházka uteče. Ale jak malé? Vyzkoušejte tři možnosti a posouvejte počet hodů.
Now for the trick. We split the time from 0 to 1 into n tosses and let n grow. The steps must get smaller, or the walk runs away. But how small? Try three options and slide the number of tosses.
Jen volba √Δt udrží rozptyl v čase 1 rovný jedné, ať hodů je kolik chce. V limitě vznikne Brownův pohyb Wt (matematici mu říkají Wienerův proces). Všechny jeho vlastnosti zdědil přímo po korunách:
Only the √Δt choice keeps the variance at time 1 equal to one, however many tosses there are. In the limit we get Brownian motion Wt (mathematicians call it the Wiener process). It inherits every property straight from the coins:
Začíná v nule jako procházka před prvním hodem.
Koruna si nepamatuje. Co přijde dál, nezávisí na dosavadní cestě.
Mnoho malých hodů dá normální rozdělení s rozptylem t (centrální limitní věta).
Cesta nemá skoky, ale žádný její kousek není hladký. Přesvědčte se lupou.
Když zkrátíte čas čtyřikrát, výkyvy se zmenší jen dvakrát (√4 = 2). Proto obrázek vypadá v každém měřítku stejně hrbolatě. Hladká křivka by se pod lupou narovnala do přímky, Brownův pohyb nikdy.
Krátká historie
- 1827Robert Brown
Botanik pozoruje pod mikroskopem neustálé třesení drobných částic z pylových zrn. Vysvětlit ho neumí.
- 1900Louis Bachelier
V disertaci „Théorie de la spéculation“ popisuje ceny na pařížské burze náhodnou procházkou a oceňuje s ní opce. O pět let dřív než Einstein!
- 1905Albert Einstein
Vysvětlí třesení nárazy molekul a pomůže tak dokázat existenci atomů.
- 1923Norbert Wiener
Postaví Brownův pohyb na pevné matematické základy.
- 1944Kijoši Itó
Vytvoří počet, kterým se dá s Brownovým pohybem počítat (Itóovo lemma).
- 1965Paul Samuelson
Prosadí geometrický Brownův pohyb pro ceny akcií: náhoda hýbe procenty, ne korunami.
- 1973Black, Scholes, Merton
Vzorec pro cenu opce. Téhož roku otevírá v Chicagu první opční burza (CBOE).
- 1979Cox, Ross, Rubinstein
Binomický strom: celé oceňování opcí z obyčejných hodů korunou.
- 1997Nobelova cena
Cenu za ekonomii dostávají Merton a Scholes. Fischer Black zemřel v roce 1995.
Od chodce k akcii
Akcie se nehýbe o koruny, ale o procenta. Firma za 100 Kč může stoupnout o 2 Kč, firma za 2 000 Kč o 40 Kč, a jde o stejný pohyb. Proto koruna rozhoduje o procentní změně: při panně se cena vynásobí číslem trochu větším než jedna, při orlovi trochu menším. Výsledek se jmenuje geometrický Brownův pohyb a má dva parametry:
μ (drift) je průměrný roční růst. σ (volatilita) říká, jak silně koruna cloumá cenou. Volatilita 20 % znamená, že typický roční výkyv je zhruba ±20 %.
Shares don't move in crowns, they move in percent. A 100-crown company may rise by 2 crowns and a 2,000-crown company by 40, and it is the same move. So the coin decides the percentage change: heads multiplies the price by a number slightly above one, tails by one slightly below. The result is called geometric Brownian motion and it has two parameters:
μ (drift) is the average yearly growth. σ (volatility) says how hard the coin shakes the price. A volatility of 20% means a typical yearly swing of about ±20%.
Proč bance nezáleží na tom, kam akcie půjde
Teď přijde nejdůležitější myšlenka celé stránky. Vezměme jediný hod korunou. Akcie stojí 100 Kč a za rok bude stát buď 120 Kč (panna), nebo 80 Kč (orel). Kupní opce s realizační cenou 100 Kč vyplatí 20 Kč, nebo nic. Kolik má stát dnes?
Svádí to spočítat očekávanou výplatu podle toho, jak pravděpodobná je panna. Banka to ale nedělá. Opci umí přesně zkopírovat (replikovat) kombinací akcií a úvěru. Kopie vyplatí v obou případech totéž co opce, takže musí stát stejně. A do výpočtu kopie se pravděpodobnost vůbec nedostane. Posuňte jezdcem „Váš odhad šance na pannu“ a sledujte cenu.
Here comes the most important idea on this page. Take a single coin toss. A share costs 100 and in a year it will be worth either 120 (heads) or 80 (tails). A call option with a strike of 100 pays 20 or nothing. What should it cost today?
It is tempting to compute the expected payoff from how likely heads is. Banks don't. They can copy the option exactly (replicate it) with shares and a loan. The copy pays the same as the option in both cases, so it must cost the same. And probability never enters the cost of the copy. Move the “your estimate of heads” slider and watch the price.
| Panna | Orel |
|---|
Pravděpodobnost q, se kterou cena vychází jako obyčejný zdiskontovaný průměr, se jmenuje rizikově neutrální. Není to odhad budoucnosti. Je to pomocné číslo, které zařídí, že akcie v průměru roste přesně bezrizikovou úrokovou sazbou. Proto se v oceňovacích modelech místo očekávaného výnosu akcie μ používá úroková sazba r. Názor banky na to, kam trh půjde, v ceně opce není.
The probability q that turns the price into a plain discounted average is called risk-neutral. It is not a forecast. It is a helper number that makes the share grow, on average, at exactly the risk-free rate. That is why pricing models use the interest rate r instead of the expected return μ. The bank's view on where the market will go is not in the option price.
Binomický strom: hody krok za krokem
Jeden hod je málo. Dobu do splatnosti rozdělíme na N hodů a v každém uzlu zopakujeme replikaci z minulé kapitoly. Postupujeme odzadu: na konci známe výplatu, o krok dřív ji zprůměrujeme s pravděpodobností q a zdiskontujeme. A tak dál až ke dnešku. Tomuto postupu se říká model Cox–Ross–Rubinstein.
U americké opce v každém uzlu navíc porovnáme, jestli se nevyplatí uplatnit ji hned. Takové uzly jsou ve stromu orámované červeně.
One toss is not enough. We split the time to maturity into N tosses and repeat the replication from the last chapter at every node. We go backwards: at the end we know the payoff, one step earlier we average it with probability q and discount. And so on back to today. This is the Cox–Ross–Rubinstein model.
For an American option we also check at every node whether exercising right away pays more. Such nodes have a red outline in the tree.
S rostoucím N cena ze stromu kmitá a blíží se ke vzorci Black–Scholes. Ten je přesně tím, co dostanete, když hody korunou zjemníte do nekonečna, tedy když strom nahradíte Brownovým pohybem z kapitoly 4.
As N grows, the tree price zigzags towards the Black–Scholes formula. That formula is exactly what you get when you refine the coin tosses to infinity, replacing the tree with the Brownian motion from chapter 4.
Monte Carlo: milion hodů
Strom je elegantní, ale u produktů s několika akciemi a spoustou podmínek přestává stačit. Pak nastoupí hrubá síla. Počítač nasimuluje desítky tisíc možných budoucností v rizikově neutrálním světě, u každé spočítá výplatu, výplaty zprůměruje a zdiskontuje. Tak se oceňuje většina strukturovaných produktů.
Háček je v přesnosti. Chyba odhadu klesá jen s odmocninou počtu scénářů. Pro desetkrát přesnější cenu potřebujete stokrát víc simulací. Zase ta odmocnina.
The tree is elegant, but it struggles with products on several shares and many conditions. Then brute force takes over. The computer simulates tens of thousands of possible futures in the risk-neutral world, computes the payoff of each, averages the payoffs and discounts. That is how most structured products are priced.
The catch is accuracy. The error shrinks only with the square root of the number of scenarios. For a price ten times more accurate you need a hundred times more simulations. That square root again.
Opční laboratoř: zoo strukturovaných produktů
Strukturovaný produkt je balíček: dluhopis plus jedna nebo několik opcí. Tady jsou nejčastější z nich. Všechny oceňujeme stejně: necháme korunu hodit dvacet tisíc budoucností, v každé zahrajeme podle pravidel opce a výplaty zprůměrujeme. Všechny opce vidí stejné hody korunou, liší se jen pravidla výplaty. Ceny jsou na 100 Kč nominální hodnoty a index startuje na 100.
A structured product is a bundle: a bond plus one or more options. Here are the most common ones. We price all of them the same way: let the coin toss twenty thousand futures, play each by the option's rules and average the payoffs. Every option sees the same coin tosses; only the payoff rules differ. Prices are per 100 of nominal value, and the index starts at 100.
Co dělá
Kde ji potkáte
O čem rozhoduje koruna
Postavte si produkt
Teď to složíme dohromady. Emitent dostane od investora 100 Kč a musí je rozdělit tak, aby produkt dával smysl a zbyla mu marže. Vyzkoušejte, jak s výsledkem hýbou úrokové sazby a volatilita.
Now we put it all together. The issuer receives 100 from the investor and has to split it so that the product makes sense and leaves a margin. See how interest rates and volatility move the result.
V letech 2012–2017 držela ČNB sazby téměř na nule (0,05 %). Na opce pak skoro nic nezbývalo a zajištěné produkty s rozumnou participací se téměř nedaly postavit.
Kde koruna lže
Model z korun je skvělý začátek, ale skutečný trh je divočejší. Banky proto model dál vylepšují. Pro investora a poradce jsou důležité tyhle rozdíly.
The coin model is a great start, but real markets are wilder. Banks keep refining the model. For investors and advisers, these differences matter.
Krachy chodí častěji
19. října 1987 spadl Dow Jones za jediný den o 22,6 %. Podle normálního rozdělení s tehdejší volatilitou by se takový den neměl stát ani jednou za dobu existence vesmíru. Velké propady chodí mnohem častěji, než koruna předpovídá.
Volatilita není konstantní
Trh si za ochranu před propady řekne víc. Opce s nízkou realizační cenou mají vyšší implikovanou volatilitu (tzv. skew). Bariéry jsou proto v praxi dražší, než ukáže model s jedním σ. Banky používají lokální a stochastickou volatilitu (např. Hestonův model) a skoky, kalibrované na tržní ceny opcí.
V krizi roste korelace
Když trh padá, padá všechno najednou. Worst-of produkty jsou pak rizikovější, než vypadaly v klidných časech, a rozložení do koše pomůže méně, než se čekalo.
Emitent a likvidita
Strukturovaný produkt je dluh banky. Když emitent zkrachuje, nepomůže ani nejlepší opce. Prodej před splatností proběhne za cenu, kterou určí emitent, včetně jeho rozpětí.
Dividendy a decrementové indexy
Akcie vyplácejí dividendy, které cenový index nezapočítá. Řada produktů používá indexy s pevným ročním odpočtem (decrement). Ten posouvá drift dolů a mění ceny opcí, obvykle ve prospěch vyššího nabízeného kupónu.
Poplatky a marže
Férová hodnota balíčku je pod 100 %. Rozdíl tvoří marže emitenta a odměna distributora. Ptejte se, jak je velký: platíte ho ve všech scénářích, dobrých i špatných.
Kvíz: jste mistr korunových hodů?
Slovníček
- Náhodná procházka
- Průběžný součet kroků, o kterých rozhodují hody korunou (+1 / −1).
- Brownův pohyb (Wienerův proces)
- Limita náhodné procházky se stále menšími kroky velikosti √Δt. Spojitý, s nezávislými normálně rozdělenými přírůstky.
- Geometrický Brownův pohyb
- Model ceny akcie, ve kterém náhoda hýbe procenty. Cena zůstává kladná a má lognormální rozdělení.
- Volatilita (σ)
- Jak silně cena kolísá; směrodatná odchylka ročních logaritmických výnosů. Hlavní vstup do ceny opcí.
- Replikace
- Zkopírování výplaty opce pomocí akcií a úvěru. Cena kopie je férová cena opce.
- Rizikově neutrální pravděpodobnost
- Pomocná pravděpodobnost, při které akcie roste bezrizikovou sazbou. Ceny jsou zdiskontované průměry podle ní.
- Binomický strom (CRR)
- Model, ve kterém je každý krok jeden hod korunou. Opce se oceňuje odzadu od splatnosti ke dnešku.
- Black–Scholes
- Vzorec pro cenu evropské opce; limita binomického stromu s nekonečně mnoha kroky.
- Pólyova věta o návratu
- Náhodná procházka po přímce i po rovině se na start vrátí s jistotou, v prostoru jen s pravděpodobností asi 34 %.
- Monte Carlo
- Ocenění simulací mnoha náhodných scénářů a zprůměrováním zdiskontovaných výplat. Chyba klesá s √N.
- Participace
- Podíl na růstu indexu, který investor dostane (např. 80 % růstu).
- Cap (strop)
- Maximální růst, který se do výplaty započítá. Jeho prodej umožní vyšší participaci.
- Bariéra
- Úroveň indexu (např. 60 %), pod kterou končí ochrana investorova kapitálu.
- Autocall
- Produkt, který se předčasně splatí s bonusem, jakmile je index v den pozorování na startovní úrovni nebo nad ní.
- Digitální (binární) opce
- Vyplatí pevnou částku, pokud je splněna podmínka, jinak nic.
- Asijská opce
- Výplata závisí na průměru několika pozorování. Levnější než obyčejná opce.
- Worst-of
- Výplata se řídí nejhorším titulem v koši. Nižší korelace znamená vyšší riziko a vyšší kupón.