毕业论文金融经济学主要模型及其发展

PAGEPAGE57金融经济学主要模型及其发展在二十世纪后半期，数学规划和随机方程等数学工具和方法在金融实践中的应用得到了很大的发展。1952年，Harry·M·Markowitz发表了著名的论文“PortfolioSelection”，该论文提出的均值-方差分析首次定量地分析了投资组合中风险与收益之间的内在关系，使人们可以系统地描述和解决投资组合的最优化问题，它在投资组合理论中具有关键作用。1964-1966年，Sharp、Lintner和Mossin分别独立地发现了资本资产定价模型(CAPM)，这是一个一般均衡模型，它试图为这些问题提供较为明确的答案。CAPM不仅使人们提高了对市场行为的了解，而且还提供了实践上的便利，同时也为评估风险调整中的业绩提供了一种实用的方法。因此CAPM为投资组合分析的多方面的应用提供了一种原始的基础。1974年，罗斯（StephenRoss）在资本资产定价模型基础上提出了一种新的资本资产均衡模型——套利定价模型APT(ArbitragePricingTheory)。套利定价理论导出了与资本资产定价模型相似的一种市场关系。套利定价理论以收益率形成过程的多因子模型为基础，认为\o""证券收益率与一组因子线性相关，这组因子代表证券收益率的一些基本因素。事实上，当收益率通过单一因子(市场组合)形成时，将会发现套利定价理论形成了一种与资本资产定价模型相同的关系。因此，套利定价理论可以被认为是一种广义的资本资产定价模型，为投资者提供了一种替代性的方法，来理解市场中的风险与收益率间的均衡关系。马科维茨提出的\o""现代资产组合理论、\o""资本资产定价模型、套利定价理论、\o""期权定价模型等一起构成了现代金融学的理论基础。为提高模型的适用性，后来的学者又对这些模型有了各自的研究，提出了一些新的看法。本章将对这些模型及其演变进行系统的介绍。\o""现代资产组合理论马柯维茨(Markowitz)“资产组合”理论始创于1952年。他提出的“均值-方差模型”是在禁止融券和没有无风险借贷的假设下，以资产组合中个别股票收益率的均值和方差找出投资的组合的有效性边界(EfficientFrontier)，即一定收益率水平下方差最小的投资组合，并导出投资者只有在有效边界上选择投资组合。根据马科维茨资产组合的概念，欲使投资组合风险最小，除了多样化投资于不同的股票之外，还应挑选相关系数较低的股票。它第一次从风险资产的收益率与风险之间的关系出发，讨论了确定经济系统中最优资产组合的选择问题.其资产组合选择模型和组合投资以分散风险为中心，是现代投资理论的奠基石，在经济发达国家和地区的金融业应用广泛。它被用于定量地确定有效投资组合，有利于人们形成合理的投资理念，稳定金融市场。同时马科维茨均值-方差模型也是提供确定有效性边界的技术路径的一个规范性数理模型。一、马科维茨模型的假设条件(1)投资者在考虑每一次投资选择时，其依据是某一持仓时间内的证券收益的概率分布。也就是说，投资者用期望收益率来衡量证券的收益率。(2)投资者是根据证券的期望收益率估测证券组合的风险。也就是说，假设投资者以方差来度量风险。(3)投资者的决定仅仅是依据证券的风险和收益。风险和收益是投资者考虑的全部因素，其决定不受其他因素的影响。(4)在一定的风险水平上，投资者期望收益最大；相对应的是在一定的收益水平上，投资者希望风险最小。二、马科维茨模型的确立根据上述假设，马科维茨确立了证券组合预期收益、风险的计算方法和有效边界理论，建立了资产优化配置的均值-方差模型：目标函数：限制条件：(允许卖空)，或(不允许卖空)其中为组合收益，，为第i，第j只股票的收益率，为股票i的投资比例，为组合投资方差(组合总风险)，为两只股票之间的协方差。该模型为现代证券投资理论奠定了基础。上式表明，在限制条件下求解证券收益率使组合风险最小，可通过拉格朗日目标函数求得。其经济学意义是，投资者可预先确定一个期望收益，通过上式可确定投资者在每个投资项目(如股票)上的投资比例(项目资金分配)，使其总投资风险最小。不同的期望收益就有不同的最小方差组合，这就构成了最小方差集合。马科维茨的投资组合理论不仅揭示了组合资产风险的决定因素，而且更为重要的是还揭示了“资产的期望收益由其自身的风险的大小来决定”这一重要结论，即资产(单个资产和组合资产)由其风险大小来定价，单个资产价格由其方差或标准差来决定，组合资产价格由其协方差来决定。马可维茨的风险定价思想在他创建的“均值-方差”或“均值-标准差”二维空间中投资机会集的有效边界上表现得最清楚。下文在“均值-标准差”二维空间中给出投资机会集的有效边界，图形如下：上面的有效边界图形揭示出：单个资产或组合资产的期望收益率由风险测度指标标准差来决定；风险越大收益率越高，风险越小收益率越低；风险对收益的决定是非线性(二次)的双曲线(或抛物线)形式，这一结论是基于投资者为风险规避型这一假定而得出的。具体的风险定价模型为：其中，且A，B，C，D为常量；R表示N个证券收益率的均值(期望)列向量，Ω为资产组合协方差矩阵，1表示分量为1的N维列向量，上标T表示向量(矩阵)转置。三、马科维茨资产组合理论的发展马科维茨资产组合理论在发展的过程中不断修正和简化，力求使之更具有实用价值。Sharpe的单指数模型夏普单指数模型是诺贝尔经济学奖获得者威廉·夏普（WilliamShape）在1963年发表《对于“资产组合”分析的简化模型》一文中提出的。夏普提出单因素模型的基本思想是：当市场股价指数上升时，市场中大量的股票价格走高；相反，当市场指数下滑时，大量股票价格趋于下跌。假设证券间彼此无关且各证券的收益率仅与市场因素有关，这一因素可能为股票市场的指数、国民生产总值、物价指数或任何对股票收益产生最大影响的因素，每一种证券的收益都与某种单一指数线性相关。因此提出下列两个基本假设：1、证券的风险分为系统风险和非系统风险，因素对非系统风险不产生影响；2、一个证券的非系统风险对其他证券的非系统风险不产生影响，两种证券的回报率仅仅通过因素的共同反应而相关联。上述两个假设意味着Cov(Rm，)=0；Cov(，)=0；这就在很大程度上简化了计算。据此，可以用一种证券的收益率和股价指数的收益率的相关关系得出以下模型：该式揭示了证券收益与指数（一个因素）之间的相互关系。其中为t时期内i证券的收益率。为t时期内市场指数的收益率。是截距，它反映市场收益率为0时，证券i的收益率大小。与上市公司本身基本面有关，与市场整体波动无关。因此值是相对固定的。为斜率，代表市场指数的波动对证券收益率的影响程度。为t时期内实际收益率与估算值之间的残差。（二）Mao的线性规划模型Mao继Sharpe的单指数模型后，于1970年将Markowitz的组合模型在禁止融券、股票收益率与市场指数有关以及当投资组合包含的股票数目足够大则投资组合的非系统风险可忽略三个假设条件下加入一个限制条件：投资组合中所包含的证券数目不能超过某个上限，求投资组合的超额收益除以系统风险的比例极大化。虽然以上的假设过于简化，但因只需估计每种股票的均值及系统风险，运算时间大大减少，虽然所选出来的投资组合稍微偏离Markowitz的有效边界，但计算及估计成本较小，不失为一个有效的方法。（三）Jacob的限制资产分散模型以上介绍的投资组合模型都比较适合样本非常大的投资组合，但Jacob认为一般投资者由于资金的限制及固定交易成本的考虑，多半趋向选择投资基金或少数几种股票，因此Markowitz和Sharpe的分析方法对小额投资者帮助不大。此外，由于当股票数目增加至8种以上时，非系统风险已无法显著减少。有鉴于此，Jacob于1974年提出一套适合小额投资者的组合选择模型－“限制资产分散模型”，将Sharpe的“单指数模型”加入一条限制式以限制投资者股票的投资数目，使小额投资者可以在有限的股票数目中，选择最适的投资组合。Jacob认为在考虑交易成本的情况下，若接受一部分非系统风险，可使交易成本降低的收益大于组合充分分散的收益，因此对投资者是有利的。（四）Konno的均值－方差－偏态组合模型上述四种模型均是以“均值－方差”作为分析架构的，但事实上股票收益率分布并不完全服从正态分布，因此许多学者认为：在进行投资组合分析时，只考虑预期收益及方差是不够的，还必须考虑其它影响投资风险的因素，如偏态等。所谓股票收益率的偏态，就是指股票收益率的三阶矩，若偏态为正值(右偏)，表示投资这种股票获得的收益率可能极大，并且不大可能发生大的损失；若股票收益率的偏态为负值(左偏)，则投资这种股票可能损失惨重，，而获利可能仅局限于某一范围。因此，一般理性投资者会选择具有右偏态的股票或投资组合。Konno于1990年提出“均值－绝对方差－偏态最适投资组合”模型，此模型以投资组合的预期收益以及绝对方差作为限制条件，以投资组合的偏态最大值为目标。可见，Konno的模型将偏态纳入选股的考虑因素中，以满足投资者获利无穷、损失极小的期望，更以绝对方差取代方差用来衡量投资组合的波动程度可使投资组合模型线性化，不但可节省求解的时间，还可处理规模较大的投资组合模型。CAPM模型资本资产定价模型（capitalassetpricingmodel，CAPM）是在1959年Markowits均值-方差模型的基础上，有Sharpe和Linter分别在1964年和1965年市场存在无风险资产的条件下推导出来的，1972年，Black又推广到不存在无风险资产条件下的一般的CAPM。(一)CAPM模型CAPM是建立在马科威茨模型基础上的，马科威茨模型的假设自然包含在其中：1、投资者希望财富越多愈好，效用是财富的函数，财富又是投资收益率的函数，因此可以认为效用为收益率的函数。2、投资者能事先知道投资收益率的概率分布为正态分布。3、投资风险用投资收益率的方差或标准差标识。4、影响投资决策的主要因素为期望收益率和风险两项。5、投资者都遵守主宰原则(Dominancerule)，即同一风险水平下，选择收益率较高的证券；同一收益率水平下，选择风险较低的证券。CAPM的附加假设条件：6、可以在无风险折现率R的水平下无限制地借入或贷出资金。7、所有投资者对证券收益率概率分布的看法一致，因此市场上的效率边界只有一条。8、所有投资者具有相同的投资期限，而且只有一期。9、所有的证券投资可以无限制的细分，在任何一个投资组合里可以含有非整数股份。10、买卖证券时没有税负及交易成本。11、所有投资者可以及时免费获得充分的市场信息。12、不存在通货膨胀，且折现率不变。13、投资者具有相同预期，即他们对预期收益率、标准差和证券之间的协方差具有相同的预期值。上述假设表明：第一，投资者是理性的，而且严格按照马科威茨模型的规则进行多样化的投资，并将从有效边界的某处选择投资组合；第二，资本市场是完全有效的市场，没有任何磨擦阻碍投资。CAPM的核心思想是在一个竞争均衡的资本市场中，非系统风险可以通过多元化加以消除，对期望收益产生影响的只能是无法分散的系统风险。这也就意味着，在通过分散化投资后，对预期收益率产生影响的只能是无法分散的系统性风险(用β系数度量)，期望收益与β系数线性相关。用公式可以表示为：（1）（2）其中：Ri是某一种风险资产i的收益率；Rm凡是市场组合M的收益率；Rf是无风险收益率；βi是衡量i资产市场风险的系数。标准CAPM表明资产i的期望收益率是系统风险βi的一个线性函数，它表明了资产的系统风险和投资者期望获得的收益之间的关系，这就是CAPM具有资产定价含义的实质。CAPM给出了任意风险资产的超额收益率和市场组合超额收益率之间的关系。如果市场组合为已知，相应的β系数为已知，就可求出风险资产的超额收益率；而无风险资产的收益率为已知常数，就可确定风险资产的收益率；如果我们可以估计出投资期结束时风险资产的价格，那么我们就可以确定当前风险资产的价格。因此CAPM可以用于未来收益率为已知的风险资产在当前的价格。如果的分布已知，市场组合收益率为已知，我们就可以确定出第i种资产当前的价格。不存在无风险资产情况下的BlackCAPM套利定价理论套利定价理论(APT，AbitragePricingTheory)是由斯蒂芬·罗丝于1976年提出的，它建立在因素模型(指数模型)的基础上，并由此导出了套利定价公式，利用这一公式可进行无风险套利操作。它克服了资本资产定价模型中市场资产组合数据不易观测与单一因素对收益率解释性不强的缺陷。（一）单因素套利定价理论套利定价理论(APT，ArbitragePricingTheory)是一个类似资本资产定价模型(CAPM)的均衡状态下的定价模型，它是由Ross研究而成的。套利机会的定义是，投资额为零，而证券组合的未来收益为非负值。Ross用有关套利机会的论证导出了套利定价理论。套利存在时价格会变动，每种资产的平均收益和风险也会发生改变，直到套利机会消失为止，所以当可以进行套利交易时，市场并不处于均衡状态，所以套利定价理论是均衡定价理论模型，当所有的套利交易机会都被消除时，套利定价理论得到的是市场均衡价格。构成套利定价理论的基础假设有：1.收益率由某些共同因素及一些公司特有事件决定，这被称为收益产生过程；2.市场中存在大量不同的资产；3.允许卖空，所得款项归卖空者所有；4.投资者偏向于获利较多的投资策略。Ross认为，单因素的套利定价模型中有这样的关系：这里，，I和是随机变量，是第i项金融资产的实际实现的收益率，E()是其预期收益率，I是宏观经济因素的实际值与其预期值的偏离，所以I的预期值(概率平均值)应当为零。βi是度量由变动引起的敏感性的系数指标，ei，则是企业所特有原因对所发行的金融工具的收益所造成的扰动，ei的预期值也是零。在这里，ei不但与宏观因素I不相关，并且对于不同的i和j，ei与ej互相间也是不相关的。在投资市场处于均衡的状态下，E(ri)和影响收益的因子的敏感系数βi，存在着线性关系：在一个非系统风险被充分分散化掉的投资组合P中，n项金融工具的权重分别为，，于是组合的收益率为：这里，，组合的方差其中，对于一个充分分散化的投资组合来说，其收益率和风险为：所以，如果两个充分分散化的投资组合有相同的β，它们在市场中必定有相同的预期收益率；对于有不同β的充分分散化的投资组合，其预期收益率中风险补偿必须正比于β值，不然也会发生无风险套利。如果我们把风险市场看成一个充分分散化的投资组合，再以风险市场组合的未预期到的收益变化作为市场系统风险的量度，于是对任何充分分散化的投资组合，其预期收益率和β的关系就可以表示为。这实际上就是资本资产定价模型中的证券市场线。（二）多因素套利定价假设存在k个宏观因素，则是因素j的风险代价。套利定价理论与资本资产定价模型所描述的都是投资市场处于均衡状态下资产的期望收益率与其投资风险的关系，即如何确定资产的均衡价格。但与资本资产定价模型相比，套利定价理论显得更有特点且更加接近于实际。1.假设条件不同。套利定价理论假定资产收益率水平受某些共同因素的影响，但是这些因素究竟是什么，以及有几个，理论本身并没有硬性加以规定，从而使投资者有了一个根据客观情况进行具体分析的机会，进而一定程度上使得投资者的分析更加接近实际。另外，套利定价理论对投资者的风险偏好未做特定的假设。而资本资产定价模型与套利定价模型不同，它不仅事先假定资产的收益率与市场组合的收益率相关，而且假定所有投资者都是以资产的期望收益率和标准差作为分析基础的，并按照均值方差准则进行投资方案。2.套利定价理论允许资产的投资收益与多种因素有关，而不仅仅限于一种因素，它比资本资产定价模型更清楚的指出了风险来自哪些方面，而且可以指导投资者根据自己的偏好和风险承受能力，调整对不同风险因素的承受水平。3.套利定价理论考察的是当投资市场不存在无风险套利而达到均衡时，各种资产是如何均衡的定价的。资本资产模型考察的是当所有投资者均以相似的方式进行投资，投资市场最终达到均衡时，各种资产是如何定价的。因此，它们建立的理论出发点是完全不同的。4.套利定价理论是从不存在无风险套利的角度推导出来的，而资本资产定价模型是从它的假设条件经逻辑推理得到的。期权定价模型自从期权交易产生以来，尤其是股票期权交易产生以来，学者们即一直致力于对期权定价问题的探讨。1973年，美国芝加哥大学教授FischerBlack和MyronScholes发表《期权定价与公司负债》一文，提出了著名的Black-Scholes期权定价模型，在学术界和实务界引起强烈的反响，Scholes并由此获得1997年的诺贝尔经济学奖。在他们之后，其他各种期权定价模型也纷纷被提出，其中最著名的是1979年由J.Cox、S.Ross和M.Rubinstein三人提出的二叉树模型。我们将介绍以上这两个期权定价模型，并对其进行相应的分析和探讨。Black-Scholes期权定价模型1．Black-Scholes期权定价模型的假设条件Black-Scholes期权定价模型的七个假设条件如下：（1）期权标的资产为一风险资产（Black-Scholes期权定价模型中为股票），当前时刻市场价格为S。S遵循几何布朗运动，即其中，为股票价格瞬时变化值，为极短瞬间的时间变化值，为均值为零，方差为的无穷小的随机变化值（，称为标准布朗运动，代表从标准正态分布（即均值为0、标准差为1.0的正态分布）中取的一个随机值），为股票价格在单位时间内的期望收益率（以连续复利表示），则是股票价格的波动率，即证券收益率在单位时间内的标准差。和都是已知的。简单地分析几何布朗运动，意味着股票价格在短时期内的变动（即收益）来源于两个方面：一是单位时间内已知的一个收益率变化，被称为漂移率，可以被看成一个总体的变化趋势；二是随机波动项，即，可以看作随机波动使得股票价格变动偏离总体趋势的部分。（2）在期权有效期内，标的资产没有现金收益支付。综合1和2，意味着标的资产价格的变动是连续而均匀的，不存在突然的跳跃。（3）没有交易费用和税收，不考虑保证金问题，即不存在影响收益的任何外部因素。综合2和3，意味着投资者的收益仅来源于价格的变动，而没有其他影响因素。（4）该标的资产可以被自由地买卖，即允许卖空，且所有证券都是完全可分的。（5）在期权有效期内，无风险利率为常数，投资者可以此利率无限制地进行借贷。（6）期权为欧式看涨期权，其执行价格为，当前时刻为，到期时刻为。（7）不存在无风险套利机会。2．Black-Scholes期权定价公式在上述假设条件的基础上，Black和Scholes得到了如下适用于无收益资产欧式看涨期权的一个微分方程：其中f为期权价格，其他参数符号的意义同前。通过解这个微分方程，Black和Scholes得到了如下适用于无收益资产欧式看涨期权的定价公式：其中，c为无收益资产欧式看涨期权价格；N（x）为标准正态分布变量的累计概率分布函数（即这个变量小于x的概率），根据标准正态分布函数特性，我们有。对Black-Scholes期权定价公式的理解：（1）期权价格的影响因素首先，让我们将Black-Scholes期权定价公式与第十章中分析的期权价格的影响因素联系起来。在第十章中，我们已经得知期权价格的影响因素包括：标的资产市场价格、执行价格、波动率、无风险利率、到期时间和现金收益。在式（11.2）中，除了由于我们假设标的资产无现金收益之外，其他几个参数都包括在内，且影响方向与前文分析的一致。（2）风险中性定价原理其次我们要谈到一个对于衍生产品定价非常重要的原理：风险中性定价原理。观察式（11.2），以及第十章中的期权价格影响因素分析，我们可以注意到期权价格是与标的资产的预期收益率无关的。即在第一节我们描述标的资产价格所遵循的几何布朗运动时曾经出现过的预期收益率在期权定价公式中消失了。这对于寻求期权定价的人们来说无疑是一个很大的好消息。因为迄今为止，人们仍然没有找到计算证券预期收益率的确定方法。期权价格与的无关性，显然大大降低了期权定价的难度和不确定性。进一步考虑，受制于主观风险收益偏好的标的证券预期收益率并未包括在期权的价值决定公式中，公式中出现的变量为标的证券当前市价（S）、执行价格（X）、时间（t）、证券价格的波动率（）和无风险利率，它们全都是客观变量，独立于主观变量——风险收益偏好。既然主观风险偏好对期权价格没有影响，这使得我们可以利用Black-Scholes期权定价模型所揭示的期权价格的这一特性，作出一个可以大大简化我们工作的简单假设：在对衍生证券定价时，所有投资者都是风险中性的。在所有投资者都是风险中性的条件下（有时我们称之为进入了一个“风险中性世界”），所有证券的预期收益率都可以等于无风险利率r，这是因为风险中性的投资者并不需要额外的收益来吸引他们承担风险。同样，在风险中性条件下，所有现金流量都可以通过无风险利率进行贴现求得现值。这就是风险中性定价原理。应该注意的是，风险中性假定仅仅是一个人为假定，但通过这种假定所获得的结论不仅适用于投资者风险中性情况，也适用于投资者厌恶风险的所有情况。为了更好地理解风险中性定价原理，我们可以举一个简单的例子来说明。假设一种不支付红利股票目前的市价为10元，我们知道在3个月后，该股票价格要么是11元，要么是9元。现在我们要找出一份3个月期协议价格为10.5元的该股票欧式看涨期权的价值。由于欧式期权不会提前执行，其价值取决于3个月后股票的市价。若3个月后该股票价格等于11元，则该期权价值为0.5元；若3个月后该股票价格等于9元，则该期权价值为0。为了找出该期权的价值，我们可构建一个由一单位看涨期权空头和单位的标的股票多头组成的组合。若3个月后该股票价格等于11元时，该组合价值等于（11－0.5）元；若3个月后该股票价格等于9元时，该组合价值等于9元。为了使该组合价值处于无风险状态，我们应选择适当的值，使3个月后该组合的价值不变，这意味着：11－0.5=9=0.25因此，一个无风险组合应包括一份看涨期权空头和0.25股标的股票。无论3个月后股票价格等于11元还是9元，该组合价值都将等于2.25元。在没有套利机会情况下，无风险组合只能获得无风险利率。假设现在的无风险年利率等于10%，则该组合的现值应为：由于该组合中有一单位看涨期权空头和0.25单位股票多头，而目前股票市场为10元，因此：这就是说，该看涨期权的价值应为0.31元，否则就会存在无风险套利机会。从该例子可以看出，在确定期权价值时，我们并不需要知道股票价格上涨到11元的概率和下降到9元的概率。但这并不意味着概率可以随心所欲地给定。事实上，只要股票的预期收益率给定，股票上升和下降的概率也就确定了。例如，在风险中性世界中，无风险利率为10%，则股票上升的概率P可以通过下式来求：P=62.66%。又如，如果在现实世界中股票的预期收益率为15%，则股票的上升概率可以通过下式来求：P=69.11%。可见，投资者厌恶风险程度决定了股票的预期收益率，而股票的预期收益率决定了股票升跌的概率。然而，无论投资者厌恶风险程度如何，从而无论该股票上升或下降的概率如何，该期权的价值都等于0.31元。3.对期权定价公式的经济理解。首先，从Black-Scholes期权定价模型自身的求解过程来看，N(d2)实际上是在风险中性世界中ST大于X的概率，或者说是欧式看涨期权被执行的概率，因此，e-r(T-t)XN(d2)是X的风险中性期望值的现值，更朴素地说，可以看成期权可能带来的收入现值。SN(d1)=e-r(T-t)STN(d1)是ST的风险中性期望值的现值，可以看成期权持有者将来可能支付的价格的现值。因此整个欧式看涨期权公式就可以被看作期权未来期望回报的现值。其次，，显然反映了标的资产变动一个很小的单位时，期权价格的变化量；或者说，如果要避免标的资产价格变化给期权价格带来的影响，一个单位的看涨期权多头，就需要单位的标的资产空头加以保值。事实上，我们在第十二章中将看到，是复制交易策略中股票的数量，SN（d1)就是股票的市值,-e-r(T-t)XN(d2)则是复制交易策略中负债的价值。最后，从金融工程的角度来看，欧式看涨期权可以分拆成资产或无价值看涨期权（Asset-or-notingcalloption）多头和现金或无价值看涨期权（cash-or-nothingoption）空头，SN(d1)是资产或无价值看涨期权的价值，-e-r(T-t)XN(d2)是X份现金或无价值看涨期权空头的价值。这是因为，对于一个资产或无价值看涨期权来说，如果标的资产价格在到期时低于执行价格，该期权没有价值；如果高于执行价格，则该期权支付一个等于资产价格本身的金额，根据前文对N(d2)和SN(d1)的分析，可以得出该期权的价值为e-r(T-t)STN(d1)=SN(d1)的结论；同样，对于（标准）现金或无价值看涨期权，如果标的资产价格在到期时低于执行价格，该期权没有价值；如果高于执行价格，则该期权支付1元，由于期权到期时价格超过执行价格的概率为N(d2)，则1份现金或无价值看涨期权的现值为-e-r(T-t)N(d2)。4．Black-Scholes期权定价公式的拓展（1）无收益资产欧式看跌期权的定价公式Black-Scholes期权定价模型给出的是无收益资产欧式看涨期权的定价公式，根据欧式看涨期权和看跌期权之间的平价关系，可以得到无收益资产欧式看跌期权的定价公式：（2）无收益资产美式期权的定价公式在标的资产无收益情况下，由于C=c，因此式也给出了无收益资产美式看涨期权的价值。由于美式看跌期权与看涨期权之间不存在严密的平价关系，因此美式看跌期权的定价还没有得到一个精确的解析公式，但可以用数值方法以及解析近似方法求出。（3）有收益资产期权的定价公式到现在为止，我们一直假设期权的标的资产没有现金收益。那么，对于有收益资产，其期权定价公式是什么呢？实际上，如果收益可以准确地预测到，或者说是已知的，那么有收益资产的欧式期权定价并不复杂。在收益已知情况下，我们可以把标的证券价格分解成两部分：期权有效期内已知现金收益的现值部分和一个有风险部分。当期权到期时，这部分现值将由于标的资产支付现金收益而消失。因此，我们只要用S表示有风险部分的证券价格。表示风险部分遵循随机过程的波动率从理论上说,风险部分的波动率并不完全等于整个证券价格的的波动率,有风险部分的波动率近似等于整个证券价格波动率乘以S/(S－V)，这里V是红利现值。但在本书中，为了方便起见，我们假设两者是相等的。，就可直接套用公式分别计算出有收益资产的欧式看涨期权和看跌期权的价值。从理论上说,风险部分的波动率并不完全等于整个证券价格的的波动率,有风险部分的波动率近似等于整个证券价格波动率乘以S/(S－V)，这里V是红利现值。但在本书中，为了方便起见，我们假设两者是相等的。当标的证券已知收益的现值为I时，我们只要用（S－I）代替式S即可求出固定收益证券欧式看涨和看跌期权的价格。当标的证券的收益为按连续复利计算的固定收益率q（单位为年）时，我们只要将代替S就可求出支付连续复利收益率证券的欧式看涨和看跌期权的价格。在各种期权中，股票指数期权、外汇期权和期货期权的标的资产可以看作支付连续红利率，因而它们适用于这一定价公式。另外，对于有收益资产的美式期权，由于有提前执行的可能，我们无法得到精确的解析解，仍然需要用数值方法以及解析近似方法求出。5．Black-Scholes期权定价公式的计算（1）Black-Scholes期权定价模型的参数我们已经知道，Black-Scholes期权定价模型中的期权价格取决于下列五个参数：标的资产市场价格、执行价格、到期期限、无风险利率和标的资产价格波动率（即标的资产收益率的标准差）。在这些参数当中，前三个都是很容易获得的确定数值。但是无风险利率和标的资产价格波动率则需要通过一定的计算求得估计值。（2）估计无风险利率在发达的金融市场上，很容易获得对无风险利率的估计值。但是在实际应用的时候仍然需要注意几个问题。首先，我们需要选择正确的利率。一般来说，在美国人们大多选择美国国库券利率作为无风险利率的估计值。由于美国国库券所报出的利率通常为贴现率（即利息占票面价值的比例），因此需要转化为通常的利率，并且用连续复利的方式表达出来，才可以在Black-Scholes公式中应用。其次，要小心地选择国库券的到期日。如果利率期限结构曲线倾斜严重，那么不同到期日的收益率很可能相差很大，我们必须选择距离期权到期日最近的那个国库券的利率作为无风险利率。我们用一个例子来说明无风险利率的计算。假设一个还有84天到期的国库券，其买入报价为8.83，卖出报价为8.77。由于短期国库券市场报价为贴现率，我们可以推算出其中间报价对应的现金价格（面值为100美元）为进一步应用连续复利利率的计算公式得到相应的利率：估计标的资产价格的波动率估计标的资产价格的波动率要比估计无风险利率困难得多，也更为重要。正如第十章所述，估计标的资产价格波动率有两种方法：历史波动率和隐含波动率。（3）历史波动率所谓历史波动率就是从标的资产价格的历史数据中计算出价格收益率的标准差。以股票价格为例，表1列出了计算股票价格波动率的一个简单说明。很显然，计算波动率的时候，我们运用了统计学中计算样本均值和标准差的简单方法。其中，为股票价格百分比收益率，（或者为）则为连续复利收益率（估计）均值，（或者）则是连续复利收益率（估计）方差，就是相应的（估计）标准差（波动率），即Black-Scholes公式计算时所用的参数。在表11-1中，共有11天的收盘价信息，因此得到10个收益率信息。表1历史波动率计算天数0100.001101.501.01500.01490.000154298.000.9655-0.03510.001410396.750.9872-0.01280.0002344100.501.03880.03800.0012645101.001.00500.00500.0000066103.251.02230.02200.0003827105.001.01690.01680.0002058102.750.9786-0.02170.0005829103.001.00240.00240.00000010102.500.9951-0.00490.000053总计0.02470.004294样本均值样本方差样本标准差在Black-Scholes公式所用的参数中，有三个参数与时间有关：到期期限、无风险利率和波动率。值得注意的是，这三个参数的时间单位必须相同，或者同为天、周，或者同为年。年是经常被用到的时间单位，因此，我们常常需要将诸如表1中得到的天波动率转化为年波动率。在考虑年波动率时，有一个问题需要加以重视：一年的天数究竟按照日历天数还是按照交易天数计算。一般认为，证券价格的波动主要来自交易日。因此，在转换年波动率时，应该按照一年252个交易日进行计算。这样，表1中计算得到的天波动率相应的年波动率为。在我们的例子中，我们使用的是10天的历史数据。在实际计算时，这个天数的选择往往很不容易。从统计的角度来看，时间越长，数据越多，获得的精确度一般越高。但是，资产价格收益率的波动率却又常常随时间而变化，太长的时间段反而可能降低波动率的精确度。因此，计算波动率时，要注意选取距离今天较近的时间，一般的经验法则是设定度量波动率的时期等于期权的到期期限。因此，如果要为9个月的期权定价，可使用9个月的历史数据。（4）隐含波动率从Black-Scholes期权定价模型本身来说，公式中的波动率指的是未来的波动率数据，这使得历史波动率始终存在着较大的缺陷。为了回避这一缺陷，一些学者将目光转向隐含波动率的计算。所谓的隐含波动率，即根据Black-Scholes期权定价公式，将公式中除了波动率以外的参数和市场上的期权报价代入，计算得到的波动率数据。显然，这里计算得到的波动率可以看作是市场对未来波动率的预期。当然，由于Black-Scholes期权定价公式比较复杂，隐含波动率的计算一般需要通过计算机完成。（5）Black-Scholes期权定价公式的计算：一个例子为了使读者进一步理解Black-Scholes期权定价模型，我们下面用一个简单的例子，来说明这一模型的计算过程。例1假设某种不支付红利股票的市价为50元，无风险利率为12%，该股票的年波动率为10%，求该股票协议价格为50元、期限1年的欧式看涨期权和看跌期权价格。在本题中，可以将相关参数表达如下：S＝50，X＝50，r=0.12,σ=0.1,T=1,计算过程可分为三步：第一步，先算出和。第二步，计算和。 第三步，上述结果及已知条件代入公式（11.2），这样，欧式看涨期权和看跌期权价格分别为：在本例中，标的资产执行价格和市场价格正好相等，但是看涨期权的价格却与看跌期权的价格相差悬殊。其中的原因在于利率和到期期限对期权价格的影响。在本例中，利率高达12%，到期期限长达一年。在这种情况下，执行价格的现值将大大降低。对于欧式看涨期权来说，这意味着内在价值的大幅上升；而对欧式看跌期权来说，却意味着内在价值的大幅降低。因此，在计算了执行价格的现值以后，看涨期权是实值期权而看跌期权则是一个虚值期权。事实上，由于实际中的市场短期利率通常较低，期权到期期限一般不超过9个月，因此如果标的资产市场价格与执行价格相等，同样条件下的看涨期权价格和看跌期权价格一般比较接近。6．Black-Scholes期权定价公式的精确度实证要求证Black-Scholes期权定价公式的精确度，我们可以运用Black-Scholes期权定价公式计算出期权价格的理论值，然后与市场上的期权价格进行比较。如果两者不存在显著的差别，那么这个定价公式的精度应该是令人满意的。从总的实证研究结果来看，Black-Scholes期权定价公式存在一定偏差，但它依然是迄今为止解释期权价格动态的最佳模型之一。与CAPM解释股票价格差异的能力相比，Black-Scholes期权定价公式可以较好地解释期权的价格差异。这也正是Scholes得以获得1997年诺贝尔经济学奖的重要原因。一般认为，造成用Black-Scholes期权定价公式估计的期权价格与市场价格存在差异的原因主要有以下几个：计算错误；期权市场价格偏离均衡；使用的错误的参数；Black-Scholes期权定价公式建立在众多假定的基础上。7．Black-Scholes期权定价公式的应用Black-Scholes期权定价公式除了可以用来估计期权价格，在其它一些方面也有重要的应用。主要包括评估组合保险成本、给可转换债券定价和为认股权证估值。（1）评估组合保险成本证券组合保险是指事先能够确定最大损失的投资策略。比如在持有相关资产的同时买入看跌期权就是一种组合保险。假设你掌管着价值1亿的股票投资组合，这个股票投资组合于市场组合十分类似。你担心类似于1987年10月19日的股灾会吞噬你的股票组合，这时购买一份看跌期权也许是合理的。显然，期权的执行价格越低，组合保险的成本越小，不过也许我们需要一个确切的评估，市场上可能根本就没有对应的期权，要准确估算成本十分困难，此时Black-Scholes期权定价公式就十分有用。比如也许10％的损失是可以接受的，那么执行价格就可以设为9000万，然后再将利率、波动率和保值期限的数据代进公式，就可以合理估算保值成本。（2）给可转换债券定价可转换债券是一种可由债券持有者转换成股票的债券，因此可转换债券相当于一份普通的公司债券和一份看涨期权的组合。即其中表示可转换债券的价值，代表从可转换债券中剥离出来的债券的价值，代表从可转换债券中剥离出来的期权的价值。在实际中的估计是十分复杂的，因为对利率非常敏感，而布莱克_舒尔斯期权定价公式假定无风险利率不变，对显然不适用。其次，从可转换债券中隐含的期权的执行与否会因为股票股利和债券利息的问题复杂化。第三，许多可转换债券的转换比例会随时间变化。还有就是绝大多数可转换债券是可赎回的。可赎回债券的分解更加复杂。对债券持有者而言，它相当于一份普通的公司债券、一份看涨期权多头（转换权）和一份看涨期权空头（赎回权）的组合。可赎回的可转换债券对股票价格变动很敏感，而且对利率也非常敏感。当利率下降的时候，公司可能会选择赎回债券。当然，利率上升的时候债券价值也会上升。（3）为认股权证估值认股权证通常是与债券或优先股一起发行的，它的持有人拥有在特定时间以特定价格认购一定数量的普通股，因此认股权证其实是一份看涨期权，不过两者之间还是存在细微的差别，看涨期权执行的时候，发行股票的公司并不会受到影响，而认股权证的执行将导致公司发行更多的股票，因此，认股权证的执行存在稀释效应，在估值的时候必须考虑这一点。

（二）二叉树模型 Black-Scholes模型的提出，对期权定价的研究而言，是一个开创性的研究。然而，由于该模型涉及到比较复杂的数学问题，对大多数人而言较难理解和操作。1979年，J.Cox、S.Ross和M.Rubinstein三人发表《期权定价：一种被简化的方法》一文，用一种比较浅显的方法导出了期权定价模型，这一模型被称为“二叉树模型（theBinomialModel）”或“二叉树模型”，是期权数值定价方法的一种。二叉树模型的优点在于其比较简单直观，不需要太多的数学知识就可以加以应用。同时，它不仅可以为欧式期权定价，而且可以为美式期权定价；不仅可以为无收益资产定价，而且可以为有收益资产定价，应用相当广泛，目前已经成为金融界最基本的期权定价方法之一。1．二叉树模型的基本方法我们从简单的无收益资产期权的定价开始讲解二叉树模型，之后再逐步加以扩展。二叉树模型首先把期权的有效期分为很多很小的时间间隔，并假设在每一个时间间隔内证券价格只有两种运动的可能：从开始的上升到原先的倍，即到达；下降到原先的倍，即。其中，，，如图11.1所示。价格上升的概率假设为，下降的概率假设为。SSSuSdq1-q图1时间内资产价格的变动相应地，期权价值也会有所不同，分别为和。注意，在较大的时间间隔内，这种二值运动的假设当然不符合实际，但是当时间间隔非常小的时候，比如在每个瞬间，资产价格只有这两个运动方向的假设是可以接受的。因此，二叉树模型实际上是在用大量离散的小幅度二值运动来模拟连续的资产价格运动。2．单步二叉树模型运用单步二叉树为期权定价，可以有两种方法：无套利方法和风险中性定价方法。（1）无套利定价法由于期权和标的资产的风险源是相同的，在如图11.1的单步二叉树中，我们可以构造一个证券组合，包括股资产多头和一个看涨期权空头。如果我们取适当的值，使则无论资产价格是上升还是下跌，这个组合的价值都是相等的。也就是说，当时，无论股票价格上升还是下跌，该组合的价值都相等。显然，该组合为无风险组合，因此我们可以用无风险利率对贴现来求该组合的现值。在无套利机会的假设下，该组合的收益现值应等于构造该组合的成本，即将代入上式就可得到： （2）风险中性定价法在第一节中我们已经探讨过，期权定价可以在风险中性世界中进行，同样，我们也可以在二叉树模型中应用风险中性定价原理，确定参数、和，从而为期权定价。这是二叉树定价的一般方法。在风险中性世界里：所有可交易证券的期望收益都是无风险利率；未来现金流可以用其期望值按无风险利率贴现。在风险中性的条件下，标的证券的预期收益率应等于无风险利率，因此若期初的证券价格为，则在很短的时间间隔末的证券价格期望值应为。因此，参数、和的值必须满足这个要求，即：二叉树模型也假设证券价格遵循几何布朗运动，那么在一个小时间段内证券价格变化的方差是。根据方差的定义，变量的方差等于，因此：给出了计算、和的两个条件。第三个条件的设定则可以有所不同，Cox、Ross和Rubinstein所用的条件是：从以上三个条件求得，当很小时：从而 比较以上两种方法，我们可以看到，无套利定价法和风险中性定价法实际上具有内在一致性。在无套利定价过程中，我们并没有考虑资产价格上升和下降的实际概率，由于资产预期收益率等于不同情况下收益率以概率为权重的加权平均值，在无套利定价法下无需考虑概率就意味着资产预期收益具有无关性，这正好符合风险中性的概念。一般来说，在运用二叉树方法时，风险中性定价是常用的方法，而无套利定价法则主要是提供了一种定价思想。3．二叉树模型：证券价格的树型结构以上所述的单步二叉树模型虽然比较简单，但已包含着二叉树定价模型的基本原理和方法。因此，可以进一步拓展到多步二叉树模型。应用多步二叉树模型来表示证券价格变化的完整树型结构如图11.2所示。图2资产价格的树型结构当时间为0时，证券价格为。时间为时，证券价格要么上涨到，要么下降到；时间为2时，证券价格就有三种可能：、（等于）和，以此类推。一般而言，在时刻，证券价格有种可能，它们可用符号表示为：其中 注意：由于，使得许多结点是重合的，从而大大简化了树图。（3）倒推定价法得到每个结点的资产价格之后，就可以在二叉树模型中采用倒推定价法，从树型结构图的末端T时刻开始往回倒推，为期权定价。由于在到期时刻的预期期权价值是已知的，例如看涨期权价值为，看跌期权价值为，因此在风险中性条件下在求解时刻的每一结点上的期权价值时，都可通过将时刻的期权价值的预期值在时间长度内以无风险利率贴现求出。同理，要求解时的每一结点的期权价值时，也可以将时的期权价值预期值在时间内以无风险利率r贴现求出。依此类推。采用这种倒推法，最终可以求出零时刻（当前时刻）的期权价值。 以上是欧式期权的情况，如果是美式期权，就要在树型结构的每一个结点上，比较在本时刻提前执行期权和继续再持有时间，到下一个时刻再执行期权，选择其中较大者作为本结点的期权价值。例2假设标的资产为不付红利股票,其当前市场价为50元,波动率为每年40%，无风险连续复利年利率为10%，该股票5个月期的美式看跌期权协议价格为50元，求该期权的价值。为了构造二叉树，我们把期权有效期分为五段，每段一个月（等于0.0833年）。根据公式，可以算出：据此我们可以画出该股票在期权有效期内的树型图，如图3所示。在每个结点处有两个值，上面一个表示股票价格，下面一个表示期权价值。股价上涨概率总是等于0.5076，下降概率总是等于0.4924。在时刻，股票在第个结点（）的价格等于。例如，F结点（）的股价等于。在最后那些结点处，期权价值等于。例如，G结点（）的期权价格等于50－35.36=14.64。图3不付红利股票美式看跌期权二叉树从最后一列结点处的期权价值可以计算出倒数第二列结点的期权价值。首先，我们假定在这些结点处期权没被提前执行。这意味着所计算的期权价值是时间内期权价值期望值的现值。例如，E结点（）处的期权价值等于：而F结点处的期权价值等于：然后，我们要检查提前执行期权是否较有利。在E结点，提前执行将使期权价值为0，因为股票市价和协议价格都等于50，显然不应提前执行。因此E结点的期权价值应为2.66元。而在F结点，如果提前执行，期权价值等于50.00－39.69元，等于10.31元，大于上述的9.90元。因此，若股价到达F结点，就应提前执行期权，从而F结点上的期权价值应为10.31元，而不是9.90元。用相同的方法我们可以算出各结点处的期权价值，并最终倒推算出初始结点处的期权价值为4.48元。如果我们把期权有效期分成更多小时段，结点数会更多，计算会更复杂，但得出的期权价值会更精确。当非常小时，期权价值将等于4.29元。（4）二叉树方法的一般定价过程下面我们给出用数学符号表示的二叉树期权定价方法，仍然举无收益证券的美式看跌期权为例。假设把该期权有效期划分成N个长度为的小区间，令表示在时间时第j个结点处的美式看跌期权的价值，我们将称为结点的期权价值。同时用表示结点处的证券价格。由于美式看跌期权在到期时的价值是，所以有：，其中当时间从变为时，从结点移动到结点的概率为，移动到的概率为。假定期权不被提前执行，则在风险中性条件下：其中。如果考虑提前执行的可能性的话，式中的必须与期权的内在价值比较，由此可得：按这种倒推法计算，当时间区间的划分趋于无穷大，或者说当每一区间趋于0时，就可以求出美式看跌期权的准确价值。根据实践经验，一般将时间区间分成30步就可得到较为理想的结果。4．基本二叉树方法的扩展（1）支付连续红利率资产的期权定价当标的资产支付连续收益率为的红利时，在风险中性条件下，证券价格的增长率应该为，因此就变为：同时，式（11.8）变为：显然，这一方法适用于支付连续红利率的股价指数期权、外汇期权和期货期权。（2）支付已知红利率资产的期权定价若标的资产在未来某一确定时间将支付已知红利率（红利与资产价格之比），我们只要调整在各个结点上的证券价格，就可算出期权价格。调整方法如下：如果时刻在除权日之前，则结点处证券价格仍为：如果时刻在除权日之后，则结点处证券价格相应调整为：对在期权有效期内有多个已知红利率的情况，也可进行同样处理。若为0时刻到时刻之间所有除权日的总红利支付率，则时刻结点的相应的证券价格为：（3）已知红利额若标的资产在未来某一确定日期将支付一个确定数额的红利而不是一个确定的比率，则除权后二叉树的分支将不再重合，这意味着所要估算的结点的数量可能变得很大，特别是如果支付多次已知数额红利的情况将更为复杂（见图11.4）。图4假设红利数额已知且波动率为常数时的二叉树图为了简化这个问题，我们可以把证券价格分为两个部分：一部分是不确定的，而另一部分是期权有效期内所有未来红利的现值。假设在期权有效期内只有一次红利，除息日在到之间，则在时刻不确定部分的价值为：当时当时（11.13）其中表示红利。设为的标准差，假设是常数，用代替式（11.8）到（11.10）中的就可计算出参数、和，这样就可无需考虑红利问题，而直接用通常的方法构造出的二叉树了。通过应用式（11.13），把未来收益现值加在每个结点的证券价格上，就会使的二叉树图得以转化。从而得到的二叉树图。假设零时刻的值为，则在时刻：当时，这个树上每个结点对应的证券价格为：当时，这个树上每个结点对应的证券价格为： 这种方法和我们曾经分析过的在已知红利数额的情况下应用Black-Scholes公式中所用的方法一致，通过这种分离，我们可以重新得到重合的分支，减少结点数量，简化了定价过程。同时，这种方法还可以直接推广到处理多个红利的情况。（4）的二叉树图 在式（11.5）到（11.7）中，前两个式子是确定参数、和的固定条件，而第三个条件是人为给定的，也是最常用的条件，但它并不是唯一的。我们也可以放弃这个假设，转而令，当的高阶小量可以忽略时，我们得到： 这种方法的优点在于无论和如何变化，概率总是不变的，缺点在于二叉树图中的中心线上的标的资产价格不会再和初始中心值相等。 （4）三项式树图（三叉树图） 另一种替代二叉树图的方法是三叉树图法，该树图的形状如图11.5所示。在每一个时间间隔内证券价格有三种运动的可能：从开始的上升到原先的倍，即到达；保持不变，仍为；下降到原先的倍，即。、、分别为每个结点价格上升、持平和下降的概率。当的高阶小量可以忽略时，满足资产价格变化均值和方差的参数分别为： 三叉树图的计算过程与二叉树图的计算过程相似。图5资产价格的三叉树图（5）控制方差技术 控制方差技术是数值方法的一个辅助技术，其基本原理为：期权A和期权B的性质相似（比如其他条件都相同的欧式期权和美式期权），我们可以得到期权B的解析定价公式，而只能得到期权A的数值方法解。用代表期权B的真实价值（解析解），表示关于期权A的较优估计值，和表示用同一个二叉树过程得到的估计值。这时，我们假设用数值方法计算出的期权B的误差应等于用数值方法计算出的期权A的误差：进而得到期权A的更优估计值为：可以证明，当和之间的协方差较大时，，也就是说这个方法减少了对期权A的价值估计的方差，我们利用和的信息改进了对期权A的价值的估计。 可以看出，控制方差技术实际上是利用数值方法计算两个类似期权之间的价格差异而不是计算期权价格本身。虽然从计算工作量来看，我们需要计算两个估计值和，但是由于两个期权的性质相似或路径相同，实际增加的工作量并不大。 5．二叉树定价模型的深入理解 由上可见，二叉树模型的基本出发点在于：假设资产价格的运动是由大量的小幅度二值运动构成，用离散的随机游走模型模拟资产价格的连续运动可能遵循的路径。同时二叉树模型与风险中性定价原理相一致，即模型中的收益率和贴现率均为无风险收益率，资产价格向上运动和向下运动的实际概率并没有进入二叉树模型，模型中隐含导出的概率是风险中性世界中的概率，从而为期权定价。实际上，当二叉树模型相继两步之间的时间长度趋于零的时候，该模型将会收敛到连续的对数正态分布模型，即Black-Scholes偏微分方程。 取当前时刻为（这是为了后面计算的方便，并不影响结论），在给定参数、和的条件下（注意这里并未限定求、和的第三个条件，而是一般适用的），当时，二叉树公式： 可以在进行泰勒展开，最终可以化简为： 的高阶小量可以忽略，从而说明离散二叉树模型和连续Black-Scholes模型是十分相似的，在时，二叉树模型收敛于Black-Scholes偏微分方程。 最后，二叉树模型和Black-Scholes模型的另一个相似点在于：它们都可以通过选取适当的值，构造一个由份的标的资产多头和一份期权空头组成的无套利组合。二叉树模型中的值满足；Black-Scholes模型中的则满足，之后两者都可以利用这个无套利组合为期权定价。这里我们可以看到的极限就是，又一次验证了二叉树模型和Black-Scholes模型的一致性。但是，三叉树图模型则无法实现这样一个无套利组合，需要运用别的方法来构造。参考：毕业论文（设计）工作记录及成绩评定册题目：学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：职称：助理指导教师：职称：年月日实验中心制使用说明一、此册中各项内容为对学生毕业论文（设计）的工作和成绩评定记录，请各环节记录人用黑色或蓝色钢笔（签字笔）认真填写（建议填写前先写出相应草稿，以避免填错），并妥善保存。二、此册于学院组织对各专业题目审查完成后，各教研室汇编选题指南，经学生自由选题后，由实验中心组织发给学生。三、学生如实填好本册封面上的各项内容和选题审批表的相应内容，经指导教师和学院领导小组批准后，交指导教师；指导老师填好《毕业论文（设计）任务书》的各项内容，经教研室审核后交学生签名确认其毕业论文（设计）工作任务。四、学生在指导老师的指导下填好《毕业论文（设计）开题报告》各项内容，由指导教师和教研室审核通过后，确定其开题，并将此册交指导老师保存。五、指导老师原则上每周至少保证一次对学生的指导，如实按时填好《毕业论文（设计）指导教师工作记录》，并请学生签字确认。六、中期检查时，指导老师将此册交学生填写前期工作小结，指导教师对其任务完成情况进行评价，学院中期检查领导小组对师生中期工作进行核查，并对未完成者提出整改意见，后将此册交指导老师保存。七、毕业论文（设计）定稿后，根据学院工作安排，学生把论文（打印件）交指导老师评阅。指导老师应认真按《毕业论文（设计）指导教师成绩评审表》对学生的论文进行评审并写出评语，然后把论文和此册一同交教研室。八、教研室将学生的论文和此册分别交两位评阅人评阅后交回教研室保存。九、学院答辩委员会审核学生答辩资格，确定答辩学生名单，把具有答辩资格学生的论文连同此册交各答辩小组。十、学生答辩后由答辩小组记录人填好《毕业论文（设计）答辩记录表》中各项内容，然后把学生的论文和此册一同交所在答辩小组，答辩小组对其答辩进行评审并填写评语后交教研室。十一、学院答辩委员会进行成绩总评定，填好《毕业论文（设计）成绩评定表》中各项内容，然后把论文（印刷版和电子版（另传））和此册等资料装入专用档案袋中，教教研室后由实验中心统一保存。目录1．毕业论文（设计）选题审批表2.毕业论文（设计）任务书3．毕业论文（设计）开题报告4.学生毕业论文（设计）题目更改申请表5．毕业论文（设计）指导老师工作记录6．毕业论文（设计）中期检查记录7．毕业论文（设计）指导教师成绩评审表8．毕业论文（设计）评阅人成绩评审表9.毕业论文（设计）答辩申请表10．毕业论文（设计）答辩记录表11．毕业论文（设计）答辩成绩评审表12．毕业论文（设计）成绩评定表毕业设计（论文）选题审批表题目名称基于单片机的超声波测距题目性质□工程设计□理论研究□实验研究□计算机软件□综合论文□其它题目来源□科研题目□生产现场□教学□其它□自拟题目选题理由：由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，精度也能达到使用要求，超声波测距应用于各种工业领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。超声波作为一种检测技术，采用的是非接触式测量，由于它具有不受外界因素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单、测量精度高等优点而被广泛应用。这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决了传统测量仪器存在的问题，比如，在粉尘多情况下对人引起的身体接触伤害，腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀，触电接触不良造成的误测等。此外该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量耗损，节省人力和劳动的强度。因此，利用超声波检测既迅速、方便、计算简单，又易于实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求。指导教师意见：签名：年月日院（系）领导小组意见：签名：年月日注：此表由学生填写毕业论文（设计）任务书1、毕业论文（设计）应达到的目的：（1）能对学生在学期间所学知识的检验与总结，培养和提高学生独立分析问题和解决问题的能力，使学生受到科学研究、工程设计和撰写技术报告等方面的基本训练。（2）提高学生对工作认真负责、一丝不苟，对事物能潜心观察、用于开拓、用于实践的基本素质；（3）培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力。（4）对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论结合实际去处理问题的能力、实践能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力进行考核。2、毕业论文（设计）的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：以单片机为核心设计了基于激光测距的防撞预警系统，采用TDC-GP2芯片作为激光飞行计时单元,给出激光发射及回波接收放大电路，基于模块化思想设计、完成系统软件设计流程；最后通过实验测试，系统要能很好测出前方车辆距离及运行状态，并能及时发出报警，利用Matlab对其测试结果进行验证，修正。3、对毕业论文（设计）成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：设计完成后，要提供电路图，实验电路版，控制原始程序，实验要保存大量的原始数据。完成设计论文。4、毕业论文（设计）工作进度计划：序号论文（设计）工作进度日期（起止周数）1根据所出题目，结合自身所学知识，选择合适课题，确定毕业设计论文题目。13-14-1第16周止2根据所定题目，全面搜集素材，列出各种设计方案，并一一比较，选择出最好的设计方案。13-14-1第18周止3联系指导老师，将自己的设计方案与老师沟通、交流，得到指导老师的认同与指点，开始设计。13-14-1第19周止4根据方案，确定所要用的器材。设计总体框架结构，分出各大的模块，并将其展开，以得到比较细的设计模式。13-14-2第1周止5根据所列框图，结合自己所学知识，开始各分支电路模块的设计。13-14-2第2周止6完成初稿，将所做的模块给指导老师查阅，看是否有不当之处，再进行改进。并将大电路的设计方案告之老师，得到老师更好的建议。13-14-2第3周止7大胆进行设计，将每一个小的电路，大的模块，都精心设计好，完成整个硬件和软件部分的设计过程。13-14-2第6周止8将所有设计整理结合，形成设计论文，交与指导老师检查，并经老师指点，做进一步的改进工作。13-14-2第7周止9改进毕业设计论文，得到自己及老师认为满意的论文。13-14-2第10周止指导教师日期年月日教研室审查意见：签字：年月日学院负责人意见：签字：年月日学生签字：接受任务时间：年月日注：任务书由指导教师填写。毕业论文（设计）开题报告题目基于单片机的超声波测距1、本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。2、本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施利用单片机控制超声波测距，发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t,由即可算出被测物体的距离。预计可能遇到的问题是受温度的影响，测量精度不高，则应通过温度补偿的方法加以校正。报告人签名：2015年3月20日3、本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。4、进度计划序号日期进度安排113-14-1第16周止根据所出题目，结合自身所学知识，选择合适课题，确定毕业设计论文题目。213-14-1第18周止联系指导老师，将自己的设计方案与老师沟通、交流，得到指导老师的认同与指点，开始设计。313-14-1第19周止联系指导老师，将自己的设计方案与老师沟通、交流，得到指导老师的认同与指点，开始设计。413-14-2第1周止根据方案，确定所要用的器材。设计总体框架结构，分出各模块，并将其展开，以得到比较细的设计模式。513-14-2第2周止根据所列框图，结合自己所学知识，开始各分支电路模块的设计。613-14-2第3周止完成初稿，将所做的模块给指导老师查阅，看是否有不当之处，再进行改进。并将大电路的设计方案告之老师，得到老师更好的建议。713-14-2第6周止大胆进行设计，将每一个小的电路，大的模块，都精心设计好，完成整个硬件和软件部分的设计过程。813-14-2第7周止将所有设计整理结合，形成设计论文，交与指导老师检查，并经老师指点，做进一步的改进工作。913-14-2第10周止改进毕业设计论文，得到自己及老师认为满意的论文。10115、指导教师意见（对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测）指导教师(签字)：年月日6、教研室意见教研室主任(签字)：年月日说明：开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后两周内完成。学生毕业论文（设计）题目更改申请表原毕业论文（设计）题目基于单片机的激光测距现毕业论文（设计）题目基于单片机的超声波测距更改原因理由首先激光测距仪成本较高，且制作的难度大，测量距离较短，需要注意人体安全，光学系统需要保持干净，否则影响测量精度。而且单片机与激光测距仪的连接很复杂，我主要是利用单片机控制测距仪器，目的是对单片机的知识进行巩固和进一步学习，从而完成毕业设计。学生签名：日期：2015.3.2指导教师意见指导教师签名：日期：教研室意见