σμimplied vol · KKmax(S−K,0)udβρᵢⱼfat tailsPnL · drawdownyield · TdSₜ = μSₜ dt + σSₜ dWₜC = S·N(d₁) − K·e⁻ʳᵀ·N(d₂)σₚ² = wᵀΣwd₁ = [ln(S/K) + (r + σ²⁄2)T] ⁄ σ√T∂V/∂t + ½σ²S²·∂²V/∂S² + rS·∂V/∂S − rV = 0Sharpe = (Rₚ − R_f) ⁄ σₚVaR₉₉ = μ − 2.33σρ = Cov(X,Y) ⁄ σₓσᵧE[Rₚ] = Σ wᵢ·E[Rᵢ]φ(x) = e^(−x²/2) ⁄ √2πE[Rᵢ] = R_f + βᵢ(E[Rₘ] − R_f)dXₜ = θ(μ − Xₜ)dt + σ dWₜσ²ₜ = ω + α·ε²ₜ₋₁ + β·σ²ₜ₋₁C − P = S − K·e⁻ʳᵀΔ = ∂V/∂S Γ = ∂²V/∂S²p = (e^(rΔt) − d) ⁄ (u − d)rₜ = ln(Pₜ ⁄ Pₜ₋₁)E[Xₜ₊₁ | ℱₜ] = Xₜf* = (bp − q) ⁄ bz = (x − μ) ⁄ σP(N=k) = λᵏe^(−λ) ⁄ k!Θ = −∂V/∂Tν = S·φ(d₁)·√Tmin wᵀΣw s.t. wᵀμ = μ*∫Σ∂∞λ
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σμimplied vol · KKmax(S−K,0)udβρᵢⱼfat tailsPnL · drawdownyield · TdSₜ = μSₜ dt + σSₜ dWₜC = S·N(d₁) − K·e⁻ʳᵀ·N(d₂)σₚ² = wᵀΣwd₁ = [ln(S/K) + (r + σ²⁄2)T] ⁄ σ√T∂V/∂t + ½σ²S²·∂²V/∂S² + rS·∂V/∂S − rV = 0Sharpe = (Rₚ − R_f) ⁄ σₚVaR₉₉ = μ − 2.33σρ = Cov(X,Y) ⁄ σₓσᵧE[Rₚ] = Σ wᵢ·E[Rᵢ]φ(x) = e^(−x²/2) ⁄ √2πE[Rᵢ] = R_f + βᵢ(E[Rₘ] − R_f)dXₜ = θ(μ − Xₜ)dt + σ dWₜσ²ₜ = ω + α·ε²ₜ₋₁ + β·σ²ₜ₋₁C − P = S − K·e⁻ʳᵀΔ = ∂V/∂S Γ = ∂²V/∂S²p = (e^(rΔt) − d) ⁄ (u − d)rₜ = ln(Pₜ ⁄ Pₜ₋₁)E[Xₜ₊₁ | ℱₜ] = Xₜf* = (bp − q) ⁄ bz = (x − μ) ⁄ σP(N=k) = λᵏe^(−λ) ⁄ k!Θ = −∂V/∂Tν = S·φ(d₁)·√Tmin wᵀΣw s.t. wᵀμ = μ*∫Σ∂∞λ
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Particle filtering and non-stationary time series 学习路线›模块 2 · 粒子滤波›主题 2.2·~1小时 5分钟高级

自助法粒子滤波

路线进度模块 2/3 · 主题 2/5
2.2 自助法粒子滤波
—实验得分— / 100总 XP—连续天数—

跟随状态的粒子云

粒子滤波把对隐含状态的信念保存为由 NNN 个粒子组成的一团云。每个粒子是状态的一个可能取值,并带有表示其合理程度的权重。它不假设钟形曲线,所以这团云可以是任意形状。每天走同样的循环:传播——按模型自己的随机变动把每个粒子向前移动;加权——给每个粒子一个等于“在该粒子下今天观测的似然”的权重;估计——滤波均值是粒子的加权平均;重采样——抽出一团新云,好粒子被复制,差粒子消失。

xt(i)=xt−1(i)+q z(i),w(i)=p(yt∣xt(i)),m^t=∑iw~(i)xt(i),p^(yt)=1N∑iw(i)x_t^{(i)}=x_{t-1}^{(i)}+\sqrt q\,z^{(i)},\quad w^{(i)}=p(y_t\mid x_t^{(i)}),\quad \hat m_t=\sum_i\tilde w^{(i)}x_t^{(i)},\quad \hat p(y_t)=\frac1N\sum_i w^{(i)}xt(i)​=xt−1(i)​+q​z(i),w(i)=p(yt​∣xt(i)​),m^t​=i∑​w~(i)xt(i)​,p^​(yt​)=N1​i∑​w(i)(1)

之所以叫自助法滤波,是因为提议分布取最简单的那种:模型自己的转移。这样粒子的权重恰好就是似然。这个方法适用于任何可以向前模拟、且能计算观测似然的模型,所以非线性状态、厚尾和隐藏波动率这些卡尔曼滤波没有精确解的情形它都能处理。代价是随机性:用不同的随机数运行两次,结果会略有不同,误差大致按 1/N1/\sqrt N1/N​ 缩小。实际中会固定随机种子,使运行可以复现。

四个粒子的一个周期传播之后,四个粒子位于 −1,0,1,2-1,0,1,2−1,0,1,2,观测到 y=1y=1y=1,r=1r=1r=1。似然为 0.054, 0.242, 0.399, 0.2420.054,\ 0.242,\ 0.399,\ 0.2420.054, 0.242, 0.399, 0.242(含 1/2π1/\sqrt{2\pi}1/2π​ 因子的正态密度),权重为 0.058, 0.258, 0.426, 0.2580.058,\ 0.258,\ 0.426,\ 0.2580.058, 0.258, 0.426, 0.258。滤波均值为 0.8850.8850.885。平均似然 0.2340.2340.234 估计了这次观测有多大可能,把所有天的这些平均值取对数后相加,就是模型的对数似然。重采样时抽取均匀随机数 0.05, 0.5, 0.6, 0.90.05,\ 0.5,\ 0.6,\ 0.90.05, 0.5, 0.6, 0.9,在累积权重 0.058, 0.316, 0.742, 10.058,\ 0.316,\ 0.742,\ 10.058, 0.316, 0.742, 1 中查找,选中粒子 1,3,3,41,3,3,41,3,3,4,新的云是 −1,1,1,2-1,1,1,2−1,1,1,2,权重都是 0.250.250.25,均值为 0.750.750.75。
  • 每天四步:传播、加权、估计、重采样。
  • 权重=似然:只有加权这一步会看今天的观测。
  • 任何可以模拟的模型:能处理非线性、非高斯情形,代价是量级为 1/N1/\sqrt N1/N​ 的随机误差。
与卡尔曼有多接近在卡尔曼精确成立的苹果贝塔模型上,500500500 个粒子的自助法滤波与之平均相差 0.0160.0160.016,200020002000 个粒子时相差 0.00650.00650.0065。粒子数增加到四倍,误差大约减半,与 1/N1/\sqrt N1/N​ 的预期一致。

实验:评分内容

  • 粒子的权重15 分
  • 滤波均值15 分
  • 观测的似然15 分
  • 重采样之后10 分
  • 哪一步使用数据10 分
  • 每日的周期10 分
  • 配对术语10 分
  • 为什么这里粒子优于卡尔曼15 分
0/ 已答 8 题
任务
1数值作答15 分未作答

位于 −1,0,1,2-1,0,1,2−1,0,1,2 的四个粒子似然为 0.054, 0.242, 0.399, 0.2420.054,\ 0.242,\ 0.399,\ 0.2420.054, 0.242, 0.399, 0.242,和为 0.9370.9370.937。位于 111 的粒子的归一化权重是多少?保留三位小数。

w=w =w=允许误差:± 0.002
2数值作答15 分未作答

粒子 −1,0,1,2-1,0,1,2−1,0,1,2 的权重为 0.058, 0.258, 0.426, 0.2580.058,\ 0.258,\ 0.426,\ 0.2580.058, 0.258, 0.426, 0.258。滤波均值(粒子的加权平均)是多少?保留三位小数。

m=m =m=允许误差:± 0.003
3数值作答15 分未作答

四个粒子的似然之和为 0.9370.9370.937。滤波器用它们的平均值来估计观测的概率。它是多少?保留三位小数。

p=p =p=允许误差:± 0.002
4数值作答10 分未作答

重采样选中了粒子 −1, 1, 1, 2-1,\ 1,\ 1,\ 2−1, 1, 1, 2,现在每个权重都是 0.250.250.25。新云的均值是多少?

m=m =m=允许误差:± 0.005
5选择10 分未作答

在自助法滤波中,哪一步会看今天的观测?

6排列步骤10 分未作答

把自助法滤波一天的步骤按正确顺序排列。

拖动以重新排序;也可聚焦某项,按空格抬起,用方向键移动,再按空格放下。

  1. 1对云重采样
  2. 2按模型的随机变动移动每个粒子
  3. 3把加权平均作为估计
  4. 4按观测的似然给每个粒子加权
7配对10 分未作答

把每个术语与其含义配对。

为左侧每一项选择配对项。

粒子
权重
传播
重采样
8用文字解释15 分未作答

用一两句话解释:当模型是非线性或非高斯时,为什么可以用粒子滤波,而卡尔曼滤波却不行。

数学模式键盘或 LaTeX 输入第 1/8 题 · Ctrl ⏎ 检查

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