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        Heston模型下保險(xiǎn)公司與再保險(xiǎn)公司的博弈?

        2016-05-22 03:12:59王愫新榮喜民
        關(guān)鍵詞:策略模型

        王愫新,榮喜民,趙 慧

        (天津大學(xué)理學(xué)院,天津 300072)

        1 引言

        再保險(xiǎn)是保險(xiǎn)公司規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)和提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段.保險(xiǎn)公司把其承擔(dān)的保險(xiǎn)業(yè)務(wù),以再保險(xiǎn)的形式,通過繳納再保險(xiǎn)費(fèi)用,部分轉(zhuǎn)移給其他保險(xiǎn)公司,從而達(dá)到分散風(fēng)險(xiǎn)、控制損失、穩(wěn)定經(jīng)營的目的,是風(fēng)險(xiǎn)管理的重要手段,也是整個(gè)保險(xiǎn)體系中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié).

        保險(xiǎn)公司的核心問題是風(fēng)險(xiǎn)管理與控制,即對(duì)保險(xiǎn)公司盈余進(jìn)行管理與控制.將保險(xiǎn)精算問題與組合投資問題結(jié)合在一起進(jìn)行研究,是一類極具理論研究?jī)r(jià)值的特殊的組合投資問題.因?yàn)楸kU(xiǎn)公司不僅關(guān)注投資的風(fēng)險(xiǎn)和收益,還受制于承保的風(fēng)險(xiǎn),要確保能夠及時(shí)支付參保人的索賠,所以保險(xiǎn)公司的投資與再保險(xiǎn)問題近年來引起了大量關(guān)注.Browne[1]用帶漂移的幾何布朗運(yùn)動(dòng)模型來模擬保險(xiǎn)公司的盈余過程,最早研究了指數(shù)效用函數(shù)下以及破產(chǎn)概率最小化目標(biāo)下的最優(yōu)投資策略.Yang和Zhang[2]考慮跳–擴(kuò)散模型下的最優(yōu)投資問題.Wang等[3]利用鞅方法探討了保險(xiǎn)公司在不同效用函數(shù)下的封閉形式的策略.Bai和Guo[4]考慮了擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)模型下投資于多種風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)的最優(yōu)投資策略.同時(shí),許多文獻(xiàn)也從不同角度研究了再保險(xiǎn)問題.Kaluszka[5]考慮了均值–方差模型下的最優(yōu)再保險(xiǎn)策略.H?jgaard和Taksar[6]研究了擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)模型下最大化收益函數(shù)的最優(yōu)比例再保險(xiǎn)問題,得到了最優(yōu)策略和值函數(shù)的近似表達(dá)式.Hipp和Plum[7]研究了經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)模型下使保險(xiǎn)公司破產(chǎn)概率最小化的投資策略.Cao和Wan[8]在擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)模型下,得到了使終端財(cái)富的指數(shù)效用最大的投資和再保險(xiǎn)策略.Zhang等[9]考慮了含交易費(fèi)用的投資和再保險(xiǎn)問題.

        然而,上述模型一般假設(shè)風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)的價(jià)格過程服從幾何布朗運(yùn)動(dòng)模型.但大量研究表明,實(shí)證結(jié)果不支持幾何布朗運(yùn)動(dòng)模型,即風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)價(jià)格的波動(dòng)是確定性的假設(shè),而帶有隨機(jī)波動(dòng)的模型更加符合實(shí)際.因此,許多文獻(xiàn)提出了各種隨機(jī)波動(dòng)模型,例如均值回復(fù)模型、Stein-Stein模型、Heston模型以及CEV模型.Gu等[10]研究了CEV模型下保險(xiǎn)公司的最優(yōu)超額損失再保險(xiǎn)問題.Li等[11]在Heston模型下得到了時(shí)間一致的最優(yōu)再保險(xiǎn)和投資策略.Zhao等[12]在跳–擴(kuò)散模型下考慮了保險(xiǎn)公司的最優(yōu)超額損失再保險(xiǎn)和投資問題,其中風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)的價(jià)格過程服從Heston模型.實(shí)際上,Heston模型是經(jīng)典的隨機(jī)波動(dòng)模型.本文我們將研究Heston模型下指數(shù)效用最大化目標(biāo)下的最優(yōu)投資和比例再保險(xiǎn)策略.

        以上再保險(xiǎn)投資的研究都是僅考慮保險(xiǎn)公司的利益,而忽略了再保險(xiǎn)公司的收益和風(fēng)險(xiǎn).為了改進(jìn)現(xiàn)有研究的不足,本文將同時(shí)考慮保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司的利益.本文假設(shè)保險(xiǎn)公司可將資產(chǎn)投資于一種無風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)和一種服從Heston模型的風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn),并購買再保險(xiǎn);同時(shí)再保險(xiǎn)公司也可以在金融市場(chǎng)中進(jìn)行投資.應(yīng)用擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)模型來描述保險(xiǎn)公司的盈余,研究使最終財(cái)富的指數(shù)效用期望最大的最優(yōu)投資和比例再保險(xiǎn)策略.根據(jù)隨機(jī)最優(yōu)控制理論,我們分別建立了保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司最優(yōu)問題的HJB方程,并得到保險(xiǎn)公司與再保險(xiǎn)公司的最優(yōu)投資和再保險(xiǎn)策略的解析解,分析了使保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司都滿意的再保險(xiǎn)策略需滿足的條件.最后給出數(shù)值實(shí)例,分析了模型參數(shù)對(duì)最優(yōu)再保險(xiǎn)策略的影響.

        2 數(shù)理模型

        2.1 保險(xiǎn)公司的財(cái)富過程

        根據(jù)Prom islow和Young[13],由帶漂移的幾何布朗運(yùn)動(dòng)模型,保險(xiǎn)公司的賠付過程可以由擴(kuò)散過程來逼近,假設(shè)保險(xiǎn)公司的賠付過程滿足

        其中a>0表示索賠率,b>0表示賠付過程的波動(dòng)率,是標(biāo)準(zhǔn)布朗運(yùn)動(dòng).假設(shè)保費(fèi)費(fèi)率c0=(1+η)a,安全負(fù)荷η>0.保險(xiǎn)公司可以購買一定比例的再保險(xiǎn)來分散風(fēng)險(xiǎn),q1(t)表示t時(shí)刻購買再保險(xiǎn)的比例,保險(xiǎn)公司所支付的再保險(xiǎn)費(fèi)率為c1=(1+θ)aq1(t),其中θ是再保險(xiǎn)公司的安全負(fù)荷且θ>η>0.θ越大,再保險(xiǎn)費(fèi)率就越高.根據(jù)(1)式,購買比例再保險(xiǎn)后,保險(xiǎn)公司的盈余過程可以表示為

        除了進(jìn)行再保險(xiǎn),假設(shè)保險(xiǎn)公司可以投資于金融市場(chǎng)上的兩種資產(chǎn):無風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)(債券或銀行賬戶)和風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)(股票或基金).

        S0表示無風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)的價(jià)格過程,滿足方程

        其中r>0是無風(fēng)險(xiǎn)收益率.

        設(shè)風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)價(jià)格S(t)服從Heston模型

        其中v,α,δ,σ是正常數(shù),{W1(t)},{W2(t)}為定義在概率空間(?,F,P)上的標(biāo)準(zhǔn)布朗運(yùn)動(dòng),E(W1(t)W2(t))=ρt,2αδ≥σ2,見參考文獻(xiàn)[14].且,{W2(t)}獨(dú)立.

        我們用一個(gè)隨機(jī)過程α1(t)=(q1(t),π1(t))來描述策略α1,其中q1(t)表示t時(shí)刻的再保險(xiǎn)比例,π1(t)表示保險(xiǎn)公司在t時(shí)刻投資于風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)上的金額,則X(t)?π1(t)表示t時(shí)刻投資于無風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)上的金額.給定一個(gè)投資與再保險(xiǎn)策略,則保險(xiǎn)公司的財(cái)富過程為X(t),其需滿足

        定義1是完備概率空間,其中由{X(t)}生成,則再保險(xiǎn)–投資策略(q1(t),π1(t))稱為可行策略,若:

        1)(q1(t),π1(t))是循序可測(cè)的,且當(dāng)T<∞時(shí),滿足

        2)對(duì)任意的(x,l)∈R×R+,X(t)=x,L(t)=l,(4)式有唯一解{X(s)}s∈[t,T].

        記為保險(xiǎn)公司所有可行策略的集合.

        2.2 再保險(xiǎn)公司的財(cái)富過程

        類似于保險(xiǎn)公司的財(cái)富模型,可以得到再保險(xiǎn)公司的財(cái)富過程,其中再保險(xiǎn)公司的保費(fèi)費(fèi)率c1=(1+θ)aq2(t),再保險(xiǎn)公司的賠付過程為

        假設(shè)π2(t)表示再保險(xiǎn)公司在t時(shí)刻投資于的風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)上的金額,則X(t)?π2(t)表示t時(shí)刻投資于無風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)上的金額.可以得到再保險(xiǎn)公司的財(cái)富過程

        定義2是完備概率空間,由{X(t)}生成.策略(q2(t),π2(t))稱為可行的,若:

        1)(q2(t),π2(t))是循序可測(cè)的,且當(dāng)T<∞時(shí),滿足

        2)對(duì)任意的(x,l)∈R×R+,X(t)=x,L(t)=l,(5)式有唯一解{X(s)}s∈[t,T].

        記再保險(xiǎn)公司所有可行策略的集合為.

        投資者(無論是保險(xiǎn)公司還是再保險(xiǎn)公司)都希望終端財(cái)富最大化,即投資者期望找到一個(gè)最優(yōu)的投資策略α?,使得T時(shí)刻財(cái)富值的期望效用達(dá)到最大.因此,投資者的目標(biāo)函數(shù)為,其中T表示終止時(shí)刻,u(·)表示效用函數(shù),E[u(·)]表示效用函數(shù)的期望.

        我們的目標(biāo)是找到使得投資者終端財(cái)富期望效用最大化的策略.

        3 模型求解

        效用函數(shù)u(x)是增函數(shù),并且是一個(gè)凹函數(shù)(u′>0,u′′<0).故存在唯一的最優(yōu)投資策略使得期望效用的終值達(dá)到最大.對(duì)于策略α,定義t時(shí)刻在狀態(tài)x下投資者終端財(cái)富的條件期望效用為

        為使財(cái)富最大化,考慮如下最優(yōu)問題,即價(jià)值函數(shù)

        以及最優(yōu)策略(q?(t),π?(t)),使得Vα?(t,x,l)=V(t,x,l).

        3.1 保險(xiǎn)公司最優(yōu)策略

        假設(shè)投資者的效用函數(shù)u(·)為指數(shù)效用函數(shù),即

        為解決上述問題,本文參考了Flem ing和Soner[15]的方法.如果價(jià)值函數(shù)H及其偏導(dǎo)數(shù)在上連續(xù),那么H滿足如下的HJB方程

        假設(shè)V(t,x,l)是方程(8)的一個(gè)解,滿足Vx>0,Vxx<0.根據(jù)(7),我們假設(shè)V(t,x,l)有如下形式

        且h1(T)=1,f1(T)=0,g1(T)=0,則有

        將上式帶入(8)中,得

        對(duì)π1和q1求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)為0,得

        將(11),(12)帶入(10)式,得

        為了解決(13),將上式關(guān)于x,l分解為三個(gè)等式

        由邊界條件,解得

        其中

        根據(jù)假設(shè)條件,即

        得到

        定義

        下面將根據(jù)兩種不同情況討論最優(yōu)策略的問題.

        情形1若,有t0>T.那么對(duì)于0≤t≤T,有,即最優(yōu)策略

        對(duì)應(yīng)的價(jià)值函數(shù)

        情形21)若,有t0≤T.

        當(dāng)0≤t

        解得

        最優(yōu)策略為

        將在后面確定.

        2)當(dāng)t0≤t

        帶入上式,得

        關(guān)于x,l分解為三個(gè)等式

        解得

        最優(yōu)策略為

        由上述求解過程,得

        下面求解.

        由V(t,x,l)在t=t0處連續(xù),可以解得

        因此,可以得到

        定理1保險(xiǎn)公司的價(jià)值函數(shù)V(t,x,l)以及在Heston模型下對(duì)應(yīng)的最優(yōu)再保險(xiǎn)和投資策略如下:

        1)若,則

        2)若,則

        3.2 再保險(xiǎn)公司最優(yōu)策略

        假設(shè)再保險(xiǎn)公司的效用函數(shù)u(·)為指數(shù)效用函數(shù),即

        類似于上述求解過程,再保險(xiǎn)公司的價(jià)值函數(shù)滿足如下的HJB方程

        假設(shè)V(t,x,l)是HJB方程(22)的一個(gè)解,滿足Vx>0,Vxx<0.假設(shè)V(t,x,l)有如下形式

        帶入(22),得

        對(duì)π2和q2求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)為0,得最優(yōu)策略

        將(24),(25)帶入(23)式,得

        將上式關(guān)于x,l分解為三個(gè)等式

        解得

        根據(jù)假設(shè),即

        下面將根據(jù)兩種不同情況討論最優(yōu)策略的問題.

        情形1若,有t0>T,那么對(duì)于0≤t≤T,有,即最優(yōu)策略

        對(duì)應(yīng)的價(jià)值函數(shù)

        情形21)若,有t0≤T.

        當(dāng)0≤t

        解得

        最優(yōu)策略為

        2)當(dāng)t0≤t

        將上式關(guān)于x,l分解為三個(gè)等式

        解得

        最優(yōu)策略

        由上述求解過程,得

        由V在t=t0處的連續(xù)性,有

        解得

        從而可以得到

        定理2再保險(xiǎn)公司的價(jià)值函數(shù)V(t,x,l)以及在Heston模型下對(duì)應(yīng)的最優(yōu)再保險(xiǎn)和投資策略如下:

        1)若,則

        2)若,則

        4 經(jīng)濟(jì)分析與數(shù)值實(shí)例

        在實(shí)際金融市場(chǎng)中存在多家保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司,在模型中簡(jiǎn)化為只有兩個(gè)局中人:保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司.這種假設(shè)與實(shí)際觀察到的當(dāng)事人的行為一致,同時(shí)也為了研究問題的方便.

        4.1 兩個(gè)最優(yōu)再保險(xiǎn)策略的比較

        再保險(xiǎn)比例的確定應(yīng)該考慮保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司各自的利益.因此,公平的再保險(xiǎn)合同應(yīng)是在保險(xiǎn)公司與再保險(xiǎn)公司各自效用最大化前提下進(jìn)行博弈、妥協(xié),形成雙方都可接受的再保險(xiǎn)協(xié)議.假設(shè)保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司對(duì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)資產(chǎn)的損失額的大小都有完全信息,存在共同認(rèn)識(shí),根據(jù)保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司的財(cái)富過程,得到兩公司的最優(yōu)再保險(xiǎn)比例,通過比較和分析二者的最優(yōu)策略,可體現(xiàn)保險(xiǎn)公司與再保險(xiǎn)公司的博弈過程.

        為了便于后面的討論,我們將根據(jù)保險(xiǎn)公司計(jì)算得到的最優(yōu)再保險(xiǎn)比例記為,將再保險(xiǎn)公司的最優(yōu)再保險(xiǎn)比例記為.本文就三種情況進(jìn)行研究.

        對(duì)于以指數(shù)效用函數(shù)作為其效用函數(shù)的保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司而言,在考慮無風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn),風(fēng)險(xiǎn)資產(chǎn)的投資以及再保險(xiǎn)過程情況下,可以看到:

        1)當(dāng)時(shí),也即

        時(shí),保險(xiǎn)公司與再保險(xiǎn)公司的期望效用同時(shí)達(dá)到最大,即雙方的利益均達(dá)到最大化,再保險(xiǎn)公司有能力承保保險(xiǎn)公司的風(fēng)險(xiǎn),此時(shí)比例再保險(xiǎn)合同成立.

        2)當(dāng)時(shí),即

        時(shí),此時(shí)保險(xiǎn)公司的最優(yōu)再保險(xiǎn)比例小于再保險(xiǎn)公司的最優(yōu)再保險(xiǎn)比例,保險(xiǎn)公司的最優(yōu)策略相對(duì)保守,只愿意分擔(dān)比例的再保險(xiǎn),而再保險(xiǎn)公司的最優(yōu)策略相對(duì)激進(jìn),愿意接受更大比例的再保險(xiǎn),再保險(xiǎn)合同難以簽署.

        3)當(dāng)時(shí),即

        時(shí),在這種情況下,保險(xiǎn)公司希望將更多的風(fēng)險(xiǎn)分散給再保險(xiǎn)公司,而從再保險(xiǎn)公司的角度來看,再保險(xiǎn)公司只愿意接受比例的再保險(xiǎn),因此,保險(xiǎn)公司應(yīng)在金融市場(chǎng)中尋找其他的再保險(xiǎn)公司,將比例的再保險(xiǎn)進(jìn)行分保,將風(fēng)險(xiǎn)分散給多家再保險(xiǎn)公司.

        4.2 外生變量對(duì)的影響

        以下考慮各變量對(duì)的影響時(shí),均假設(shè)其他變量取固定值.

        1)索賠率a對(duì)的影響

        由表達(dá)式得到

        a與的改變方向相反.假設(shè)參數(shù)為r=0.05,θ=0.2,b=1,T=20,k1=k2=0.5,令索賠率a變化,得到最優(yōu)再保險(xiǎn)策略關(guān)于a變化的圖像,如圖1.

        從圖1可以發(fā)現(xiàn),保險(xiǎn)公司的最優(yōu)再保險(xiǎn)比例隨著索賠率a的增加而減小,而再保險(xiǎn)公司愿意接受的再保險(xiǎn)比例將增大.事實(shí)上,索賠率的增加將導(dǎo)致更昂貴的再保險(xiǎn)費(fèi)用,所以為了減少支出,保險(xiǎn)公司將減少用于購買再保險(xiǎn)的資金.而對(duì)于再保險(xiǎn)公司來說,由于再保險(xiǎn)保費(fèi)隨a的增加而增大,所以其愿意接受的最優(yōu)再保險(xiǎn)比例增大.

        2)再保險(xiǎn)公司安全負(fù)荷θ對(duì)的影響

        假設(shè)參數(shù)為r=0.05,a=4,b=1,T=20,k1=k2=0.5,令安全負(fù)荷θ變化,得到最優(yōu)再保險(xiǎn)策略關(guān)于θ變化的圖像,如圖2.

        從圖2可以看出,安全負(fù)荷θ越大,表明所需再保險(xiǎn)的成本越高,因而保險(xiǎn)公司選擇減小再保險(xiǎn)比例.而對(duì)再保險(xiǎn)公司而言,θ越大說明其所收的再保險(xiǎn)保費(fèi)越高,因而其最優(yōu)再保險(xiǎn)比例隨著θ的增加而上升.當(dāng)

        時(shí),雙方均達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),再保險(xiǎn)合同成立.

        圖1:索賠率a對(duì)最優(yōu)再保險(xiǎn)策略的影響

        圖2:再保險(xiǎn)公司的安全負(fù)荷θ對(duì)最優(yōu)再保險(xiǎn)策略的影響

        3)風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)k對(duì)的影響

        是風(fēng)險(xiǎn)厭惡度量指標(biāo),k越大,表示風(fēng)險(xiǎn)厭惡程度越大,因此保險(xiǎn)公司和再保險(xiǎn)公司的風(fēng)險(xiǎn)偏好也決定著再保險(xiǎn)比例.假設(shè)參數(shù)為r=0.05,a=4,b=1,T=20,θ=0.2,令風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)k變化,得到最優(yōu)再保險(xiǎn)策略關(guān)于k變化的圖像,如圖3.

        從圖3可以看出,保險(xiǎn)公司的風(fēng)險(xiǎn)厭惡程度k越大,其選擇的再保險(xiǎn)比例也越大.同樣由可知,再保險(xiǎn)公司的風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)k越大,它愿意接受的再保險(xiǎn)比例越小,這也與實(shí)際相符.

        4)風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)率b對(duì)的影響

        假設(shè)參數(shù)為r=0.05,a=4,k1=k2=0.5,T=20,θ=0.2,令風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)率b變化,得到最優(yōu)再保險(xiǎn)策略關(guān)于b關(guān)于變化的圖像,如圖4.

        圖3: 風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)k對(duì)最優(yōu)再保險(xiǎn)策略的影響

        圖4: 風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)率b對(duì)最優(yōu)再保險(xiǎn)策略的影響

        從圖4我們可以看出,關(guān)于b單調(diào)遞增,這是由于風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)率b越大,風(fēng)險(xiǎn)的波動(dòng)幅度大,保險(xiǎn)公司面臨的承保風(fēng)險(xiǎn)不確定性增大.為了控制風(fēng)險(xiǎn),保險(xiǎn)公司將增加再保險(xiǎn)比例.風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)率b越大也意味著再保險(xiǎn)公司面臨的風(fēng)險(xiǎn)增加,其愿意接受的再保險(xiǎn)比例將減?。?/p>

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