Entropy in Optimal Transport and Finance

最优运输和金融中的熵

基本信息

  • 批准号:
    2106056
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project investigates entropic penalties in two contexts: optimal transport and finance. In optimal transport, entropic regularization is an approximation enabling fast and robust computations in data-rich settings such as machine learning or image processing. In finance, entropic penalties yield a flexible and systematic method to calibrate a benchmark security model to market data on option prices. The research advances a vast array of applications in technology and science where entropic methods are used and leads to a transfer of knowledge between optimal transport, mathematical finance and probability theory. A diverse group of postdocs, graduate and undergraduate students is trained as part of the project.The first part of this project investigates entropically regularized optimal transport (EOT). Optimal transport provides a natural way to lift a distance or cost from a base space to its space of probability measures, hence has become ubiquitous in applications where data sets or statistical distributions are compared. Entropic regularization allows for Sinkhorn's algorithm and is the most important method for approximate computation is high-dimensional settings. The project develops a novel geometric method to study the convergence of EOT to its unregularized counterpart as the regularization parameter decreases. Moreover, it studies the stability of EOT with respect to the marginal distributions, as well as the so-called Schrödinger potentials that solve an associated dual problem. The second part of this proposal studies the calibration of option pricing models in finance. Starting with a reference model, such as a standard stochastic volatility model, and option price data given by the market, a calibrated model is chosen by minimizing the relative entropy with respect to the reference among all martingales fitting the data. This nonparametric approach is data-driven and flexible while retaining desirable qualities of the reference model. The calibrated model is an analogue to the classical Schrödinger bridge process but incorporates an additional martingale constraint to avoid dynamic arbitrages. The project investigates this model from financial and probabilistic perspectives.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个项目在两个背景下研究了熵惩罚:最优运输和金融。在最优传输中,熵正则化是一种近似值,能够在机器学习或图像处理等数据丰富的环境中进行快速和稳健的计算。在金融领域,熵惩罚产生了一种灵活而系统的方法,可以根据期权价格的市场数据来校准基准证券模型。这项研究推进了大量使用熵方法的技术和科学应用,并导致了最优运输、数学金融和概率论之间的知识转移。作为项目的一部分,培训了一批不同的博士后、研究生和本科生。本项目的第一部分研究了熵正则最优运输(EOT)。最优传输提供了一种将距离或成本从基本空间提升到其概率度量空间的自然方式,因此在比较数据集或统计分布的应用中已变得普遍存在。熵正则化允许Sinkhorn算法,并且是高维设置下最重要的近似计算方法。该项目开发了一种新的几何方法来研究当正则化参数减小时EOT收敛到其非正则化对应的EOT。此外,它还研究了EOT关于边缘分布的稳定性,以及解决相关对偶问题的所谓薛定谔势。本文的第二部分研究了金融中期权定价模型的校准问题。从一个参考模型(如标准随机波动率模型)和市场给出的期权价格数据开始,通过最小化所有符合数据的鞅中相对于参考的相对熵来选择校准模型。这种非参数方法是数据驱动的和灵活的,同时保留了参考模型的理想质量。校准后的模型类似于经典的薛定谔桥过程,但加入了一个额外的鞅约束以避免动态套利。该项目从财务和概率的角度调查了这一模式。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quantitative Stability of Regularized Optimal Transport and Convergence of Sinkhorn's Algorithm
正则化最优传输的定量稳定性与Sinkhorn算法的收敛性
Mean Field Contest with Singularity
奇点平均场竞赛
  • DOI:
    10.1287/moor.2022.1297
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Nutz, Marcel;Zhang, Yuchong
  • 通讯作者:
    Zhang, Yuchong
Martingale Schrödinger bridges and optimal semistatic portfolios
Martingale Schrödinger 桥和最优半静态组合
  • DOI:
    10.1007/s00780-022-00490-x
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Nutz, Marcel;Wiesel, Johannes;Zhao, Long
  • 通讯作者:
    Zhao, Long
Entropic optimal transport: convergence of potentials
熵最优传输:势的收敛
Limits of semistatic trading strategies
半静态交易策略的局限性
  • DOI:
    10.1111/mafi.12366
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Nutz, Marcel;Wiesel, Johannes;Zhao, Long
  • 通讯作者:
    Zhao, Long
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