Модель SABR (stochastic alpha-beta-rho) — в финансовой математике модель динамики цен активов или процентных ставок со стохастической волатильностью следующего вида:

где в классическом случае
. Для учёта теоретической возможности отрицательных ставок/цен используют также модель со смещением (shifted SABR):
. Применяется также модель с функцией
.
Здесь "сигма"
- это стохастический процесс волатильности (с начальным значением
-"альфа"). Параметр
("ню")- это "волатильность волатильности". Параметр
("ро") - параметр локальной корреляции факторов, влияющих на цену и на волатильность. Параметр
("бета") - это параметр CEV-модели, возможные значения которой от 0 до 1. По существу такая модель является существенно обобщенной и включает в себя в качестве частных или предельных случаев некоторые другие базовые модели, например, если параметр "волатильность волатильности" равен нулю, то получим так называемую CEV-модель, которая свою очередь в качестве предельных частных случае содержит нормальную модель (нулевая "бета"), логнормальную модель ("бета" равно 1). Также возможно рассмотрение модели с нулевой корреляцией - в таком случае обобщение "классических" моделей заключается просто в наличии некоторого разброса "сигмы", например в рамках нормальной или логнормальной модели.
При моделировании процентных ставок обычно модель описывает форвардную ставку для конкретного будущего периода в соответствующей форвардной мере. Соответственно параметры аналогичных моделей для форвардных ставок разной срочности могут потенциально иметь разные значения параметров. Совместное моделирование одновременно всех форвардных ставок разных срочностей возможно, например, в рамках модели SABR-LMM.
Модель позволяет объяснить так называемую улыбку вменённой волатильности в рамках модели Блэка-Шоулза или Башелье. Несмотря на то, что существуют достаточно точные аналитические подходы к оценке опционов в рамках модели SABR (при нулевой корреляции эти формулы точные), тем не менее, соответствующие формулы достаточно сложны и предполагают в том числе неоднократное численное интегрирование сложных функций. Поэтому на практике часто применяют иной подход - используют аппроксимации нормальной или логнормальной волатильности для оценки опционов стандартными формулами Блэка или Башелье.
Модель была предложена в статье [1] 2002 года четырьмя авторами - Patrick S. Hagan, Deep Kumar, Andrew Lesniewski, and Diana Woodward, где они предложили приближенные формулы для аппроксимации нормальной и логнормальной волатильности (часто соответствующую формулу обозначают HKLW02). В дальнейшем многие авторы предложили различные улучшения и альтернативные подходы к оценке, в том числе и сами авторы первоначальных формул [2] [3] [4], а также Berestickiy (2004), Henry-Labordere (2005)[5], Obloj (2008) [6], Paulot (2009) [7], Le Floc'h & Kennedy (2014) [8] и др.
Формулы аппроксимации волатильности Блэка и Башелье
Чаще всего используется линейная аппроксимация нормальной (
) или логнормальной (
) волатильности по сроку экспирации
:
![{\displaystyle \sigma _{\mathbf {1} _{N}}(K,T)\approx a_{0}(1+aT)=a_{0}(1+[a_{1}+a_{2}+a_{3}]T)}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/4becf1ed2c42aee4cb842d24cd266b8cac000a7d.svg)
Далее в формулах
-страйк опциона,
- форвардная цена/ставка на момент оценки для соответствующего срока.
В записи формул удобно оперировать следующими базовыми обозначениями:


В случае классической модели
, поэтому
, где
- также удобное сокращенное обозначение.
Отметим, что некоторые авторы используют формулы для z с противоположным знаком (то есть во всех формулах сначала F потом K), что приводит к изменениям некоторых знаков и в формулах для V и d. Приведенный здесь подход предпочтительнее с точки зрения простоты формул в части одинаковых знаков (+) в указанных формулах (этой системы придерживаются и другие авторы, включая исходных авторов в более поздних статьях).
Кроме этого, ниже в некоторых случаях используются следующие две вспомогательные функции:

При x=0 первая функция равна 1, а вторая - 24 (с чем и связаны обозначения).
Формула HKLW02
Формулу аппроксимации HKLW02 можно записать следующим образом:
|
|
где
.
В такой записи имеется неопределенность при нулевой "ню", поэтому удобно записать коэффициент
следующим образом:

Величина (функция) H равна 1 как в случае нулевой "ню", так и в случае АТМ (K=F).
Формула для классической модели SABR
Для классического случая
, поэтому
. Поэтому
. Тогда формулу HKLW02 можно записать в следующем виде:
|
|
Для случая ATM имеем
для волатильности Блэка, и
- для волатильности Башелье.
Некоторые приближения и неточности в HKLW02
Авторы в первоначальной статье 2002 года знаменатель в этой формуле (
) для случая сигмы Блэка записали несколько иначе, а именно как
. Однако, можно показать, что это является приблизительным значением вышеуказанной величины:

откуда, учитывая приблизительную (но достаточно точную) приведенную выше аппроксимацию функции
и получается выражение, использованное авторами.
Кроме этого, в окончательной формуле авторов вместо z была использована по существу (с точностью до знака) величина
. В дальнейшем другие авторы (Berestickiy (2004), Henry-Labordere (2005), Obloj (2008)) показали, что более точно в общем случае использовать вышеприведенную величину
. С учетом приведенной выше формулы, эти величины связаны между собой следующим образом
, поэтому в случае АТМ или в случае, когда бета равна 1, эти величины совпадают, в остальных случаях они немного отличаются.
Формула HKLW14
В статье 2014 года авторы предложили несколько отличающуюся формулу, причем только для нормальной сигмы (сигму Блэка при необходимости можно вычислить по общей приблизительной формуле из нормальной сигмы), которую в приведенных выше обозначениях можно записать следующим образом:
|
|
Таким образом, коэффициенты
остаются прежними. Коэффициент
меняется незначительно, так как вместо производной от среднего геометрического применяется непосредственно средняя величина производной по существу. Наиболее значимое изменение имеет место для коэффициента
. Однако, можно показать, что для классической модели SABR эту формулу можно представить в виде, аналогичном HKLW02:
|
|
Функция
в достаточно широком диапазоне отклонений от АТМ примерно равна 24 (значению на АТМ). Например, при трехкратном отклонении страйка от АТМ эта величина может составить максимум 24.24 вместо 24 , то есть увеличение составит примерно на 1%, то есть обычно это несущественная поправка (а если учесть бету 0.5, то всего 24.06, то есть порядка четверти процента). Поэтому основное отличие в формуле первого коэффициента заключается в том, что вместо среднего геометрического используется среднее
, соответственно, новый коэффициент будет меньше классического в
раз. В аналогичном примере с трехкратным отклонением страйка от форварда это дает изменение коэффициента уже на 8% (но при бета, равном 0.5 это всего 2% уже).
Несложно показать, что уточненный второй коэффициент незначительно отличается от первоначального варианта:

В аналогичном примере с трехкратным отклонением от ATM новый коэффициент будет меньше классического максимум на 1%.
Подчеркнем, что в случае АТМ новые коэффициенты в точности совпадают с классическими. Все различия становятся значимыми лишь при значительных отклонениях от АТМ и на достаточно длинных сроках.
Формула ABR14
Le Floc'h F. и Kennedy G. на основе аппроксимации Anderson&Brotherton-Ratcliffe в 2014 году представили формулу в следующем виде (с учетом обозначений, принятых выше):
![{\displaystyle \sigma _{\mathbf {1} _{N}}(K,T)={\nu q_{\mathbf {1} _{N}} \over d}\left(1+\left[{\alpha \beta \rho \nu \over 4}{\overline {F_{1}^{\beta }}}+{\nu ^{2} \over d^{2}}\ln \left({{\sqrt {D(K)D(F)}} \over {\nu q_{\mathbf {1} _{N}} \over d}F_{G}^{1-\mathbf {1} _{N}}}\right)\right]T\right)}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c681958c98e53b55c23b734992a787a65035f7e8.svg)
где
, где
- аналогично стандартной величине z, где вместо страйка участвует переменная x. Величина d выражается через данную функцию как
. Путем алгебраических преобразований можно показать, что такое представление эквивалентно следующему:
|
|
В самом деле
, а для форварда -
. Тогда
Таким образом, коэффициент
имеет стандартный вид, коэффициент
в этой формуле отличается от формулы HKLW14 наличием множителя
. Коэффициент
отличается более общей формулой (примерно в таком виде она встречается внутри статьи HKLW02 до упрощения и в таком же виде эти коэффициенты соответствуют более ранней статье Paulot - см.ниже) и можно показать, что на ATM она полностью совпадает с HKLW02 и HKLW14.
Вывод формулы
на АТМ
Можно показать, что:

Используя приближение для логарифмической функции получим следующее приблизительное, но достаточно точное значение искомой величины:
В случае АТМ
знаменатель равен 4, а
, поэтому в итоге на АТМ формула имеет вид:

что полностью совпадает с формулой HKLW02 и HKLW14. Тем не менее, при отклонениях от АТМ значение этого коэффициента отличается от классического значения.
Коэффициент
совпадает с формулой HKLW14. Формула этого коэффициента связана с тем, что авторы использовали первоначально аппроксимацию Anderson&Brothertone-Ratcliffe следующего вида:
где
Однако, непосредственное применение такой аппроксимации может привести к значительным ошибкам на больших сроках, так как в аппроксимации в конечном итоге участвуют не только линейные по сроку члены разложения. Поэтому авторы используют примерное значение
, и не учитывают возникающие члены разложения по сроку выше первого порядка. Отсюда и появляется такое значение "второго" коэффициента.
Формула Paulot
Принципиально другой подход реализован Louis Paulot(многие ссылки на 2015 год, однако, это работа 2009 года, на которую имеются ссылки уже в 2012 году), который аппроксимирует сигму Блэка и, кроме того, это аппроксимация второго порядка по сроку. Но члены разложения второго порядка имеют достаточно сложный вид и включают численное дифференцирование и интегрирование.
Если рассмотреть только аппроксимацию первого порядка, то можно показать, что коэффициенты
идентичны подходу ABR14. Точнее можно сказать что формулы ABR14 для этих коэффициентах сходятся с формулами Paulot с учетом более ранней даты публикации последним. Однако, выражение коэффициента
существенно сложнее и отличается от всех других формул [9]:
В случае АТМ добавленный множитель равен 1 и формула совпадает с классической. В данном подходе, в случае единичной беты формула достаточно простая и отличается от классической формулы на множитель, который, как можно показать, равен также
.
Формула HKLW16
В данном подходе используется пересчитанная величина "альфы" путем умножения на множитель
из ABR14 :

Корректировка альфы приводит к изменению величины коэффициента
несмотря на неизменность формулы, а также приводит к нулевому коэффициенту
(он "зашит" в пересчитанной величине альфы).
Далее общая аппроксимация становится не совсем линейной, а именно имеет вид:
В первом порядке приближения этот подход сходится с ранее рассмотренными, но тем не менее, косвенно здесь учитываются эффекты большего порядка.
Наконец, авторы предложили несколько отличные от ранее рассмотренных формулы расчета коэффициентов
. Их можно представить следующим образом:
![{\displaystyle a=a_{1}+a_{3}={\alpha ^{2}\gamma _{C}(F) \over 24}\left[{\rho _{1}^{2}+H(V+\rho R) \over 2}\right]+{\nu ^{2} \over 24}\left[{3H(1-\rho R) \over V}-1\right],}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/4e19ff3c1940d7f72b0241ab8c3012f94ff60835.svg)
где использовано дополнительное обозначение
, что удобно в том числе с учетом того, что для АТМ
. Приведенная форма записи формул не содержит явной неопределенности в АТМ (она скрыта в H) - у самих авторов немного другая, но эквивалентная запись этих формул с неопределенностью на АТМ. Можно также показать, что
Функция
- функция, определенная в формуле HKLW02, но в данной формуле она берется не в точке среднего геометрического, а просто на данном значении форвардной ставки. Для классической SABR-модели она равна
Формулы взаимосвязи волатильностей Башелье и Блэка
Формулы аппроксимации модели SABR можно использовать также для вывода приблизительных формул взаимосвязи между волатильностями Блэка (логнормальной) и Башелье (нормальной), которые можно использовать для быстрого получения одной волатильности из другой. Эти базовые модели являются моделями нестохастической волатильности и формально частными случаями модели SABR с нулевой
. В этом случае в том числе
и формулы упрощаются до
Соответственно, если исходная сигма нормальная ,то есть
, а нужно получить логнормальную сигму, сигму Блэка
, то
и имеем
|
|
В обратном случае
получаем

Примечания
- ↑ Hagan P.S., Kumar D., Lesniewski A.S., Woodward D.E. Managing Smile Risk. Wilmott Magazine 2002
- ↑ Hagan P.S.,Kumar D., Lesniewski A., Woodward D. (2014) Arbitrage free SABR
- ↑ Hagan P.S., Kumar D., Lesniewski A., Woodward D. (2016) Universal smiles
- ↑ Hagan P.S., Lesniewski A., Woodward D. Managing Vol Surfaces, August 2018
- ↑ Henry-Labordere P.(2005) A General Asymptotic implied volatility for stochastic volatility models. ssrn 2005: 698601
- ↑ Obloj J. (2008). Fine-tune your smile: Correction to Hagan at al.
- ↑ Paulot L. (2009) Asymptotic implied volatility at the second order with application to SABR model
- ↑ Le Floc'h F. Kennedy G. Explicit SABR Calibration through Simple Expansions, July 2014, ssrn 2467231
- ↑ Choi J., Lixin W. (2021) The equivalent CEV volatility of the SABR model, ssrn-3495464