金融工程概述课件

1、金融工程第一章 金融工程概述 知识架构图 第1页，共54页。第一节 金融工程的起源和发展一、金融工程的起源 金融工程的思想早在两三千年前就已经产生 16世纪欧洲出现的“郁金香热” 17世纪初阿姆斯特丹银行最早尝试发行银行券 1848年芝加哥商品交易所成立并开始交易商品期货 20世纪80年代，形形色色的新型金融产品被创造出来 20世纪90年代，金融工程向商业银行和保险业全面渗透第2页，共54页。 第一阶段 20世纪50年代初期前，金融科学的描述性阶段 第二阶段 20世纪50年代初至70年代末，金融科学的分析性阶段 第三阶段 20世纪80年代初以来，金融科学的工程化阶段 第3页，共54页。第一节

2、结晶基本原理 实际工作中，可以制备一个含有比饱和溶液更多溶质的溶液，这样的溶液称为过饱和溶液。过饱和状态下的溶液是不稳定的，也可称为“介稳状态”；一旦遇到震动、搅拌、摩擦、加晶种甚至落入尘埃，都可能使过饱和状态破坏而立即析出结晶，直到溶液达到饱和状态后，结晶过程才停止。如果没有其它外界条件的影响，过饱和溶液的浓度只有达到一定值时，才会有结晶析出。有结晶析出时的过饱和浓度和温度的关系可以用过饱和曲线表示（如图9-1曲线CD）。过饱和曲线，即无晶种无搅拌时自发产生晶核的浓度曲线。饱和曲线AB和过饱和曲线CD大致平行。两条曲线把浓度-温度图分为三个区域，相应的溶液也处于三种状态。第4页，共54页。第

3、一节 结晶基本原理 （1）稳定区 又称不饱和区，为AB曲线以下的区域。此区溶液尚未饱和，没有结晶的可能。 （2）介稳区或亚稳区 为AB曲线与CD曲线之间的区域。在此区内，如果不采取措施，溶液可以长时间保持稳定，如遇到某种刺激，则会有结晶析出。另外，此区不会自发产生晶核，但如已有晶核，则晶核长大而吸收溶质，直至浓度回落到饱和线上。介稳区又细分为两个区，第一个分区称第一介稳区或第一过饱和区，位于平衡浓度曲线与超溶解度曲线（标识溶液过饱和而能被诱导产生晶核的极限浓度曲线CD）之间，在此区域内不会自发成核，当加入结晶颗粒时，结晶会生长，但不会产生新核，加入的结晶颗粒称为晶种； 第5页，共54页。第一节

4、 结晶基本原理 第二个分区称第二介稳区或第二饱和区。位于超溶解度曲线和过饱和曲线之间，在此区域内不会自发成核，但极易受刺激（如加入晶种）而结晶（主要是二次成核），在结晶生长的同时会有新核生成。因此，习惯上也将第一介稳区称为养晶区，第二介稳区称为刺激结晶区。 （3）不稳定区 为CD曲线以上的区域。是自发成核区域，溶液不稳定，瞬间出现大量微小晶核，发生晶核泛滥。如E点是溶液原始的未饱和状态，EH是冷却线，F点饱和点，不能结晶，因为缺少结晶的推动力-过饱和度。穿过介稳区到达G点时，自发产生晶核，越深入不稳区，自发产生的晶核越多。EFG为恒温蒸发过程， EG为冷却蒸发过程，当到达G G G时结晶才能自

5、动进行。不稳定区的溶液都是过饱和溶液。第6页，共54页。第一节 结晶基本原理 在上述三个区域中，稳定区内，溶液处于不饱和状态，没有结晶；不稳区内，晶核形成的速度较大，因此产生的结晶量大，晶粒小，质量难以控制；介稳区内，晶核的形成速率较慢，生产中常采用加入晶种的方法，并把溶液浓度控制在介稳区内的养晶区，即AB线与CD线区域内，让晶体逐渐长大。 过饱和曲线与溶解度曲线不同，溶解度曲线是恒定的，而过饱和曲线的位置不是固定的。对于一定的系统，它的位置至少与三个因素有关：产生过饱和度的速度（冷却和蒸发速度）；加晶种的情况；机械搅拌的强度。冷却或蒸发的速度越慢，晶种越小，机械搅拌越激烈，则过饱和曲线越向溶

6、解度曲线靠近。在生产中应尽量控制各种条件，使曲线AB和CD之间有一个比较宽的区域，便于结晶操作的控制。 第7页，共54页。第一节 结晶基本原理 结晶过程和晶体的质量都与溶液的过饱和度有关，溶液的过饱和程度可用过饱和度S（%）来表示，即： （9-1） 式中 C过饱和溶液的浓度，g溶质/100g溶剂； C饱和溶液的浓度，g溶质/100g溶剂。 结晶的首要条件是产生过饱和，采用何种途径产生过饱和会对目标产品的规格产生重要影响，制备过饱和溶液一般有四种方法。第8页，共54页。第一节 结晶基本原理 （1）将热饱和溶液冷却 冷却法的结晶过程中基本上不去除溶剂，而是使溶液冷却降温，成为过饱和溶液，如图9-1

7、中直线EFG所代表的过程。此法适用于溶解度随温度降低而显著减小的场合。例如冷却L-脯氨酸的浓缩液至4左右，放置4小时，L-脯氨酸就会大量结晶析出。反之，如果溶解度随温度升高而降低，则采用升温结晶法。例如将红霉素的缓冲提取液调整pH至9.810.2,再加温至4555,红霉素碱即析出。根据冷却的方法不同，可分为自然冷却、强制冷却和直接冷却。在生产中运用较多的是强制冷却，其冷却过程易于控制，冷却速率快。第9页，共54页。第一节 结晶基本原理 （2）将部分溶剂蒸发 此种方法也称等温结晶，是借蒸发除去部分溶剂，而使溶液达到过饱和的方法。加压、常压或减压条件下，通过加热使溶剂气化一部分而达到过饱和，如图9

8、-1中直线EFG所表示的过程。适用于溶解度随温度变化不大的场合。例如真空浓缩赤霉素的醋酸乙酯萃取液，除去部分醋酸乙酯后，赤霉素即结晶析出。蒸发法的不足之处在于能耗较高，加热面容易结垢。生产上常采用多效蒸发，以提高热能利用率。第10页，共54页。第一节 结晶基本原理 如果结晶产物是热敏性物质，则可采用真空蒸发法。此法适用于溶解度随温度变化介于蒸发和冷却之间的热敏性物质结晶分离过程。真空的产生常采用多级蒸汽喷射泵及热力压缩机，操作压力一般可低至30mmHg（绝压），也有低至3mmHg（绝压），但能量消耗较高。真空蒸发冷却法的优点是主体设备结构简单，操作稳定，器内无换热面，因而不存在晶垢的影响，且操

9、作温度低，可用于热敏性药物的结晶分离。 （3）化学反应结晶 通过加入反应剂或调节pH，使体系发生化学反应产生一个可溶性更低的物质，当其浓度超过其溶解度时，就有结晶析出。例如红霉素醋酸丁酯提取液中加入硫氰酸盐并调节溶液pH为5左右，可生成红霉素硫氰酸盐结晶析出。第11页，共54页。第一节 结晶基本原理 （4）盐析反应结晶 加入一种物质（另一种溶剂或另一种溶质）于溶液中，使溶质的溶解度降低，形成过饱和溶液而结晶析出的办法，称为盐析反应结晶。加入的溶剂必须能和原溶剂互溶，例如利用卡那霉素易溶于水，不溶于乙醇的性质，在卡那霉素脱色的水溶液中，加入95%乙醇，加入量为脱色液的60%80%，搅拌6小时，卡

10、那霉素硫酸盐即成结晶析出。如普鲁卡因青霉素结晶时，加入一定量的食盐，可以使结晶体容易析出。 工业上，除单独使用上述四种方法外，还常将以上几种方法结合使用。例如，制霉菌素的乙醇提取液真空浓缩10倍冷至5，放置2小时，即可得到制霉菌素结晶，就是采用第一种和第二种方法结合使用。而将青霉素钾盐溶于缓冲液中，冷至35，滴加盐酸普鲁卡因，得到普鲁卡因青霉素结晶，则是采用第一、三种方法结合使用。第12页，共54页。第一节 结晶基本原理 二、成核 1成核的方式 溶质从溶液中结晶出来，要经过两个步骤：晶核的形成和晶体的生成。溶质在溶液中成核现象在结晶过程中占有重要的地位。晶核的产生,根据成核机理的不同,分为两种

11、方式：初级成核和二次成核,其中初级成核又分为均相成核和非均相成核。 （1）初级成核 初级成核现象是过饱和溶液中的自发成核现象。其发生的机理是坯种及溶制质分子相互碰撞的结果。根据溶液中有、无自生或外来的微粒又划分为初级均相成核和初级非均相成核两类。 第13页，共54页。二、金融工程发展动因 （一）经济因素 一方面是经济环境急剧变化导致的经济活动中的不确定性增加，或者说各类价格的波动性增大。这主要表现为，其一，20世纪70年代布雷顿森林体系崩溃导致的汇率波动增大，汇率通过“利率平价”引起利率的波动加大，利率变动又导致金融资产的价格波动。为规避这种汇率和利率风险，各种风险管理技术便应运而生，如期货、

12、期权、套期保值等。其二，20世纪70年代两次石油价格冲击，导致全球通货膨胀加剧，通胀的压力导致了市场浮动利率的盛行。其三，逃避金融管制引致的金融创新。 第14页，共54页。另一方面经济动因是经济增长或经济发展水平提高促进了社会财富的增长，引致了经济生活中广泛的理财需求，如家庭理财、公司理财等，这些需求推动了个性化金融服务和金融产品的创新。第15页，共54页。（二）技术因素 技术因素主要是指相关技术性科学发展对金融工程的推动作用，包括数理分析技术、计算机信息技术以及数值计算和仿真技术等。第16页，共54页。数理分析技术主要包括数学方法和统计计量学方法，这些方法应用于经济研究领域，不但促进了经济学

13、的科学化进程，反过来，社会科学的复杂性特征也促进了这些学科自身的发展。计算机信息技术对金融工程的发展也起到了关键性的推动作用。数值计算和仿真技术的发展对金融工程也起到很大的推动作用。第17页，共54页。（三）人才因素金融工程的许多特征，原本就是这些参与金融工程的人才所带来的。 第18页，共54页。（四）理论因素第19页，共54页。第二节 金融工程的界定一、工程学与金融工程 工程学是通过研究与实践应用数学、自然科学、社会学等基础学科的知识，来达到改良各行业中现有建筑、机械、仪器、系统、材料、化学和加工步骤的设计和应用方式一门学科（维基百科）。 工程的本义，是将自然科学的原理运用到物质生产领域中而

14、形成的学科。至于金融工程，显然是工程学从物质生产领域向金融服务贸易领域的一种延伸。第20页，共54页。二、金融工程的定义 不同的学者从不同的角度出发给出了不同的定义。 美国金融学家约翰芬纳迪（John Finnarty）认为，广义的金融工程包括创新金融工具与金融手段的设计、开发与实施，以及对金融问题给予创造性的解决。 这一定义中特别需要重视的是“创新”和“创造”，它们包括三个层次的意义：一是金融领域中思想的跃进，其创造性最高，如创造出第一个零息债券，第一个互换合约；二是指对已有的观念做出新的理解和应用，如将期货交易推广到以前没有涉及的领域，发展众多的期权与互换的变种；三是指对已有的金融产品进行

15、重新组合，以适应某种特定的情况。如远期互换、期货期权、互换期权等。（马歇尔和班赛尔） 第21页，共54页。 1993年克里弗得史密斯(Clifford. W. Smith)和查尔斯史密森（Charles W. Smithson）定义是：金融工程创造的是导致非标准现金流的金融合约，它主要是指用基础的资本市场工具组合而成新工具的工程。第22页，共54页。 洛伦兹格利茨（Lawrance Galitz）：金融工程是应用金融工具，将现有的金融结构进行重组以获得人们希望的结果。 国际金融工程师学会（IAFE-International Association Of Financial Engineers

16、）：金融工程学是借助庞大而先进的金融信息系统，用系统工程学的方法将现代金融理论与计算机信息技术综合在一起，通过建立数学模型、网络图解、仿真技术等各种方法，设计开发出新型的金融产品，创造性地解决各种金融问题的学科。 维基百科对金融工程的定义：金融工程是用数学和工程学的方法建立金融模型（如描述股价浮动的随机微分方程），侧重于衍生金融产品的定价和实际作用，它最关心的是如何利用创新金融工具，更有效地分配和再分配个体所面临之形形色色的经济风险，并进而计算金融收益与风险的一门学科。第23页，共54页。 综上所述，金融工程学是将工程思维引入金融领域，将现代金融理论与计算机信息技术综合在一起，综合地运用各种工

17、程技术设计、开发和实施新的金融产品，创造性地解决各种金融问题。第24页，共54页。三、金融工程的特点 1、实用性的特点 2、最优化的特点 3、定量化的特点 4、综合化的特点 5、创造性的特点第25页，共54页。 实用性是金融工程目的的体现，金融工程必需能够有效地解决实践中存在的问题。 最优化是金融工程的导向，金融工程对实际问题的处理，不仅要解决问题，而且还要时时处处体现最优化的特点，要最好地满足客户和市场的需要，对实际问题提供完备的解决方案。 创造性是金融工程实现最优化解决实际问题的手段，通过金融领域中思想的跃进和新型工具的创造，或者对已有的观念做出的新的理解和应用，以及对已有的金融产品和手段

18、进行重新组合适应某种特定的情况来实现最优化。 定量化是金融工程的工具，金融工程运用现代数理知识和统计技术来进行量化，通过创新，达到最优化解决实际问题的目的。 综合化是金融工程有效解决实际金融问题的保障，正是因为综合了多种学科的知识，特别是工程技术和现代信息技术，才使得金融工程的产品设计、开发、制造有了可行性和有效性。第26页，共54页。第三节 金融工程师一、金融工程师 金融工程师是指利用基本的金融工具和手段，运用大量的数量知识和工程技术，设计和开发新型金融工具并创造性地解决金融问题的专业人才。 金融工程师更加注重金融市场交易与金融工具的可操作性，将最新的科技手段、规模化处理的工程方法应用到金融

19、市场上，创造出新的金融产品、交易方式，从而为金融市场的参与者赢取利润、规避风险或完善服务。 第27页，共54页。金融工程师（Financial Engineer）机械工程师 利用现有的机械工具制造新的机器设备满足新的应用锤子、斧子电钻、机床大型或精密设备金融工程师 利用现有的金融工具创造新的金融产品解决新的金融问题股票、债券期货、期权复合衍生产品第28页，共54页。二、金融工程师的特点 创造性是金融工程师的灵魂！第29页，共54页。历届金融工程师年度人物奖名单Robert C. Merton 1993； Fischer Black 1994； Mark Rubinstein 1995； Ste

20、phen A. Ross 1996； Robert A. Jarrow 1997；John C. Cox 1998；John C. Hull 1999；Emanuel Derman 2000；Andrew W. Lo 2001；Jonathan E. Ingersoll, Jr. 2002；J. Darrell Duffie 2003；Oldrich A. Vasicek 2004；Phelim Boyle 2005；James H. Simons 2006；Jack L. Treynor 2007；Robert Litterman 2008；Richard Roll 2009；Peter P

21、. Carr 2010；Robert F. Engle 2011；Robert Litzenberger 2012；Douglas T. Breeden 2013；Martin L. Leibowitz 2014；Eduardo Schwartz 2015。第30页，共54页。三、金融工程师的工作 罗伯特默顿（Robert Merton）1998年提出，现代金融理论的三大支柱是资本时间价值、资产定价和风险管理。 金融工程的三大支柱：资产定价：运用各种模型为金融工具及其组合产品定价；风险管理：通过组合各种工具提出规避风险的方案；金融工具创新：为了解决金融问题创造新的金融工具。第31页，共54页。

22、 金融工程师运用金融工程学的方法一般被分为以下几个步骤： 1）问题诊断 2）问题分析 3）工具产生 4）工具定价 5）方案修正第32页，共54页。第四节 金融工程的主题一、金融工程的基本架构 第33页，共54页。 金融工程自身的知识结构和逻辑关系。主要由三部分组成：一是概念性的工具；二是实体性的工具；三是金融工程的方法与策略。第34页，共54页。概念性的工具是指使金融工程成为一门正式学科的那些思想和概念。包括：估值理论、证券组合理论、套期保值理论、资本资产定价理论、套利定价理论、期权期货定价理论、风险管理理论、会计关系、税收待遇等。第35页，共54页。实体性工具包括那些被拼凑起来实现某一特定目

23、的的金融工具和金融手段。大体上有三大类，第一类是基础证券，主要是指股票、固定收益证券、货币等金融工具。第二类是衍生工具，既包括远期、期货、期权、互换等基本的衍生产品，也包括在此基础上产生出来的复合衍生产品。如期货期权、远期期权等。第三类是混合工具，是基础证券与衍生证券的结合，如可赎回债券、可转换债券等。第36页，共54页。金融策略是金融工程中利用概念性工具和实体性工具来解决金融实际问题的一些方法和技术，包括资产负债管理，套期保值以及相关的风险管理，套利，投机，避税策略，流动性管理，利用合成和剥离来升值等。第37页，共54页。国际金融工程师协会网站列举了核心课程，包含经济和金融两大部分，经济中包

24、括微观经济学和宏观经济学；金融包括：利率期限结构，包括一般理论、数学（包括CIR和其他模型）；现金流定价，包括净现值、有效市场的应用、市场惯例；或有要求权定价；组合理论；资产定价（CAPM及其他）；国际金融；业绩评价；信用风险定价；衍生工具与证券；远期、期货和互换；期权，包括一般理论、应用、数学；混合证券；资产支持证券（特别是抵押支撑证券）；经验构建；市场和流程；理解全球市场，包括货币市场、国债市场、外汇市场、股权市场、公司债券市场；债务发行程序；套利，包括经典的隐蔽利率、税收和监管。第38页，共54页。二、金融工程的对象 1）产品的设计、开发与创新 2）风险管理 3）资产定价第39页，共54

25、页。三、金融工程的研究范围 约翰芬纳迪（John Finnarty）从金融工程的定义出发，将金融工程的研究范围分为三个方面： 1）新型金融产品和金融工具的设计和开发 2）创造性地为解决某些金融问题提供系统、完备的解决办法 3）新型金融手段的开发第40页，共54页。 美国圣约翰大学工商学院约翰马歇尔（John F Marshall，1992）从实务角度，认为金融工程的研究范围应包括以下四个方面： 1）公司理财 2）证券及衍生产品等金融工具的交易 3）投资与货币管理 4）风险管理第41页，共54页。 清华大学宋逢明将金融工程类比于机械工程中的零件设计、结构设计、整机设计和对机器运作环境的研究，认为

26、金融工程的研究范围可概括如下四个层次： 1）金融工具与金融手段的设计、开发与实施 2）风险管理技术 3）整体金融架构的创造 4）对金融市场的研究第42页，共54页。金融工程的手段和策略套期保值(Hedge) 为暂时替代未来现货头寸或抵消当前现货头寸所采取的头寸状态套利(Arbitrage) 在两个或多个市场中同时交易来套取市场间的价格差异其他 公司重组 税收政策利用第43页，共54页。例：套期保值背景： 美国公司从英国购买商品，约定半年后付款21万英镑。当前英镑汇率为1.5，公司预计半年后可得34万美元销售收入。问题： 半年后英镑汇率可能会上升套期保值方法： 设英镑和美元的年利率都为10%。

27、现在就借30万美元买入20万英镑，存入银行半年。结果：（不管半年后市场上英镑汇率如何) 用21万英镑（存款本息和）支付货款 在销售收入中拿出31.5万美元偿还贷款 实现利润2.5万美元第44页，共54页。例：套利背景： 某公司的股票同时在纽约和伦敦上市 价格分别为50英镑和92美元 英镑对美元的汇率为1:1.8套利过程： 在伦敦购买股票，花费50英镑 在纽约出售股票，得到92美元 将92美元中的90美元兑换为50英镑，保留2美元 重复上述过程第45页，共54页。例：公司重组背景： A公司计划兼并B公司，并相信收购成功后新公司价值远高于原公司价值 A公司规模较小，资金不足方法： A公司发行高收益

28、债券获得所需资金结果： 收购成功，皆大欢喜 收购失败，A公司破产，债券购买者投资亏损第46页，共54页。例：税收政策利用背景： A公司所得税率15%，B公司所得税率35%方法： A公司发行优先股，股利率7.5%，购买B公司的债券 B公司发行债券，息票率10%，购买A公司的优先股结果： A公司：得利息8.5%（税后），付股利7.5% B公司：付利息10%（税前），抵税3.5%，税后成本6.5%，得股利7.5%（税后）第47页，共54页。 金融工程与风险管理 三种传统风险管理手段的不足： A.资产负债管理法。对资产负债业务进行重新调整，缺点：1）耗用资金量大；2）交易成本高；3）会带来信用风险；4

29、）调整有时滞。 B. 保险。保险可保的是部分有形的风险，而对于金融交易的无形风险而言，由于属于投机性风险，其盈利过程体现在简单而又复杂的持有和转让过程中，属于不可保的范围。 C. 证券组合投资。一方面模型假设前提与现实有差距、模型计算比较繁复困难；另一方面证券组合投资本身只能有效降低非系统性风险，对于系统性风险却无能为力。 三种方法都是表内控制法。第48页，共54页。 金融工程的比较优势： 金融工程对风险管理采用的是表外控制。 1更高的准确性和时效性。衍生工具避险的一个重要内在机理在于其衍生性，其价格受制于基础工具的变动，而且这种变动趋势有明显的规律性。 以期货为例，期货价格与现货价格具有平行变动性，平行变动性使期货交易“相等且相反”的逆向操作可以方便锁定