基于Agent的计算金融学建模与仿真方法研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 8 4 1.54MB 134 页 15积分
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摘 要
复杂系统与复杂性科学是 21 世纪的科学，其研究方法是近代以来科学方法论
的又一场革命，将为人们提供全新的了解自然界奥秘的手段。当前，对于自然现
象、社会、政治、军事、管理、生物、经济、特别是金融等领域复杂适应系统与复杂性
的研究，呼唤新的建模与仿真方法的出现，基于 Agent 的建模与仿真方法应运而
生。由于金融市场是一个复杂适应系统，所以基于 Agent 的计算金融学建模与仿
真方法学作为当前研究金融市场复杂适应系统的科学方法，成为当前建模与仿真
领域的研究热点。
本论文以复杂适应系统理论为立论基础与研究方法，以金融市场的建模与仿
真为立题背景，进行了基于 Agent 的计算金融学建模与仿真方法普适理论的相关
研究，将金融市场复杂适应系统看作是由系统中的 Agent 机制与环境中的资源机
制、及其它 Agent 机制不断地进行相互作用，并以构建动态机制的形式相互聚集、
层层涌现出的动态机制。并将这个普适理论应用到股票市场的建模与仿真中，以
期使基于 Agent 的计算金融学建模与仿真方法学成为一套完善的建模与仿真理论 ，
并能够为指导具体金融市场复杂适应系统的建模与仿真研究提供一定帮助。
本论文结合前人的研究成果，并从复杂适应系统理论的基本内容与观点出发，
对金融市场复杂适应系统的复杂性进行了分析和探讨，在详细阐述了 基于 Agent
的计算金融学建模与仿真方法的基本思想和主要特点的基础上，提出了金融市场
复杂适应系统建模与仿真的框架和研究思路，并因此界定了基于 Agent 计算金融
学建模与仿真方法的研究内容。在此框架下，通过 引入机制概念，来刻画 Agent
不断进行适应与学习进化的动态属性，将 Agent 在不断的适应与进化过程中涌现
出的功能结构模式看作是动态的 Agent 机制，而 Agent 机制又被看作是金融市场
复杂适应系统复杂现象涌现的构造模式。并给出了基于 Agent 计算金融学建模与
仿真方法学意义下，包括 Agent 机制、信号、转换函数、资源机制以及基于 Agent
的计算金融学模型的概念及形式化描述。建立了规范的基于 Agent 计算金融学建
模与仿真方法的流程，这对于规范金融市场复杂适应系统的建模与仿真，减少建
模与仿真的复杂度以及提高模型的重用性与可用性均具有重要的意义。
最后，论文还将基于 Agent 的计算金融学建模与仿真方法应用到股票市场的
建模与仿真研究中，不仅详细描述了基于 Agent 的股票市场建模与仿真的基本设
置、具体过程、及相应的实现算法，还利用面向对象的思想，采用 Java 语言实现了
一个基于 Agent 的股票市场仿真模型的原型系统。
本论文的主要创新点是：
1.在深入研究和分析了基于 Agent 的计算金融学建模与仿真方法的基础上，通过
I
引入机制这一概念，来刻画 Agent 不断进行适应与学习进化的动态属性 ，将
Agent 在不断的适应与进化过程中涌现出的功能结构模式看作是动态的 Agent 机
制，而 Agent 机制又被看作是金融市场复杂适应系统复杂现象涌现的构造模式；
2.构建了基于机制的 Agent 模型；在引入机制概念的基础上，论文特别对基于
Agent 计算金融学模型中的 Agent 机制进行了深入的研究，提出了基于机制的
Agent 模型结构框架，将 Agent 看作为由感知基本机制、操作基本机制、决策基本
机制、适应控制基本机制 4大基本机制相互作用而构成的动态机制。并分别对各基
本机制的结构及其相应的算法进行了详细地阐述；
3.引入了资源机制的概念；将资源机制看作是一种特殊的 Agent 机制，是由感知
基本机制、操作基本机制、决策基本机制 3大基本机制相互作用而动态构建的能处
理所有与资源有关操作的一种功能结构模式。并分别对各基本机制的结构及其相
应的算法进行了详细地阐述；从而，将金融市场复杂适应系统完全统一到机制构
造的动态网络之中；
4.将金融市场复杂适应系统看作是由 Agent 机制与环境中的资源机制进行相互作
用，并以构建动态机制的形式相互聚集、层层涌现出的动态机制。同时，特别强调
了信号在金融市场复杂适应系统的机制动态涌现过程中的作用；从而使金融市场
复杂适应系统模型成为了一个动态的受限生成过程[23]；
5.在进行基于 Agent 计算金融学建模与仿真的过程中，引入了 Agent 及基于
Agent 计算金融学模型的生命周期概念。其生命周期涉及三个方面的模型：首先是
在系统分析阶段由领域专家参与建立的概念模型；其次是在系统建模阶段由建模
专家参与建立的设计模型；最后是在系统仿真阶段由计算机专家参与建立的计算
模型。
关键词：机制 计算金融学 基于 Agent 的建模与仿真方法
Agent 机制 资源机制 信号 转换函数。
ABSTRACT
II
The theories of complex systems and complexity are the sciences of 21 century,
whose research method is another revolution for scientific methodology since modern
times, and will provide people with new solutions to uncover the miracles of the nature.
The researches needed for complex systems and complexity in natural phenomena,
society, polity, military, management, biology,economy, especially finance impose a
great challenge to the current theories and methods of modeling and simulation.While
the novel Agent-Based Modeling and Simulation methodology, which is the hot topic
today in modeling and simulation field, can fulfill the requirements.
Based on the theories of complex systems and complexity, the paper has conducted
research on Agent-Based Computational Finance Modeling and Simulation general
methodology and problems relevant to the modeling and simulation of finance market,
which are also complex systems. In the approach of Agent-Based Computational
Finance Modeling and Simulation, it considers finance market complex adaptive system
as emergent dynamic mechanism in which agents mechanism of system interact
ceaselessly with resource mechanism of environment and else agents mechanism, one
another assemble and level upon levels construct. And this general methodology is
applied to modeling and simulation of stock market,the purpose is to make Agent-Based
Computational Finance Modeling and Simulation become a perfect theory of modeling
and simulation, which can instruct the research for finance market complex adaptive
systems.
This thesis summarize research harvest of complex adaptive systems, and from the
basic views of complex adaptive systems theory, complexity of finance market complex
adaptive systems was also was analyzed and discussed. This thesis expatiate on the
basic idea and the primary characteristic of Agent-Based Computational Finance
Modeling and Simulation approach. A research approach for finance market complex
adaptive systems modeling and simulation was proposed. And a novel framework for
Agent-Based Computational Finance Modeling and Simulation was proposed
creatively,which bounded the research contents of Agent-Based Computational Finance
Modeling and Simulation impliedly.In this framework, concept of agent was extend
from adaption and evolution of agent. Concept of agent mechanism was import.And it
considers mechanism as emergent pattern of finance market complex adaptive
systems.Thereafter, concept and formal specifications of the agent mechanism, the
III
signal, the transition function, the resource mechanism and the Agent-Based
Computational Finance Model was defined and represented formally according to
Agent-Based Computational Finance Modeling and Simulation framework.And it
establish canonical flow of Agent-Based Computational Finance Modeling and
Simulation approach for directing modeling and simulation of finance market complex
adaptive systems. Consequently, complication was reduced on modeling and
simulation,and usability of model was improved.
Finally, approachv of Agent-Based Computational Finance Modeling and
Simulation is applied to modeling and simulation of stock market. Not only the basic
setup,the process and relevant arithmetic of agent-based stock market modeling and
simulation are detailedly described ,but also a prototype of agent-based stock market is
designed with java language base on idea of Object Oriented.
Innovation of This thesis is that:
1. This thesis depict dynamic attribute of agents which are evolving and adapting
ceaselessly through importing concept of mechanism.And a novel framework for
Agent-Based Computational Finance Modeling and Simulation was proposed
creatively. It considers emergent structure pattern of agent as dynamic agent
mechanisms when agents are evolving and adapting ceaselessly. And it considers
agent mechanism as emergent pattern of finance market complex adaptive
systems.
2. Author study the agent mechanism in Agent-Based Computational Finance
Model, and put forward framework of mechanism based agent model. It considers
the agent as evolutive mechanism which was set through four essence mechanism,
namely perception mechanism, action mechanism, decision-making mechanism,
adaption control mechanism, interacting. And all the structure and the arithmetic
of the essence mechanism was described.
3. Conception of resource mechanism is proposed, it is considered as a special
agent mechanism. So finance market complex adaptive systems is a dynamic
mechanisms that is constructed by agent mechanisms. And resource mechanism is
constructed by three essence mechanism, namely perception mechanism, action
mechanism, decision-making mechanism, interacting. It can disposal all
manipulation correlative with resource. All the structure and the arithmetic of the
essence mechanism was described in resource mechanism at the same time.
IV
4. It considers finance market complex adaptive system as emergent dynamic
mechanism networks in which agents mechanism of system interact ceaselessly
with resource mechanism of environment and else agents mechanism, one another
assemble and level upon levels construct. Especially, it emphasize effect of signal
in dynamic emergence of finance market complex adaptive systems. Therefore,
finance market complex adaptive system like as a dynamic Constrained generating
procedures.
5. It put forward lifecycle conception of Agent and Agent-Based Computational
Finance Model. Lifecycle come down to three process model: notional model,
design model, computing model.
Key words: Mechanism, Computational Finance, Agent Based
Modeling and Simulation, Agent Mechanism, Resource
Mechanism, signal, Transition Function.
目 录
V
中文摘要
ABSTRACT
第一章 引言......................................................................................................................1
§1.1 研究背景...............................................................................................................1
§1.2 研究意义...............................................................................................................4
§1.3 基于 Agent 计算金融学建模与仿真方法的研究现状.......................................5
§1.3.1 基于 Agent 计算金融学建模与仿真方法学的研究....................................5
§1.3.2 基于 Agent 建模方法的金融市场模型研究................................................7
§1.4 本论文的主要研究内容.....................................................................................12
§1.5 本论文的主要创新点.........................................................................................14
第二章 基于 Agent 计算金融学建模与仿真的相关研究领域概述............................16
§2.1 复杂性科学与复杂适应系统理论.....................................................................16
§2.1.1 复杂性科学的产生......................................................................................16
§2.1.2 复杂适应系统理论的基本内容与观点......................................................20
§2.1.3 复杂适应系统理论的主要特点..................................................................22
§2.1.4 复杂适应系统的基本概念..........................................................................24
§2.1.5 复杂适应系统的基本特征..........................................................................26
§2.2 Agent 理论..........................................................................................................28
§2.2.1 Agent 的概念...............................................................................................28
§2.2.2 Agent 的研究范围.......................................................................................29
§2.2.3 Agent 技术...................................................................................................30
§2.3 基于 Agent 的建模与仿真方法.........................................................................32
§2.3.1 基于 Agent 建模与仿真方法概述..............................................................32
§2.3.2 基于 Agent 建模与仿真的起源与发展......................................................33
§2.3.3 基于 Agent 的建模与仿真方法的基本内容..............................................33
§2.3.4 基于 Agent 的建模与仿真的研究现状......................................................34
§2.3.5 基于 Agent 建模与仿真概念下 Agent 与对象(Object)的比较.................37
第三章 金融市场复杂适应系统的建模与仿真分析....................................................39
§3.1 金融市场是一个复杂适应系统.........................................................................39
§3.2 金融市场复杂性的表现.....................................................................................40
§3.3 传统的金融市场建模方法的不足.....................................................................42
§3.4 基于 Agent 的计算金融学.................................................................................43
VI
第四章 基于 Agent 的计算金融学建模与仿真方法....................................................46
§4.1 基于 Agent 的计算金融学建模与仿真概述............................................46
§4.1.1 主要概念与思想..........................................................................................46
§4.1.2 主要特点......................................................................................................47
§4.2 基于 Agent 计算金融学建模与仿真框架.........................................................48
§4.2.1 一般系统建模与仿真的框架......................................................................48
§4.2.2 基于 Agent 计算金融学建模与仿真框架..................................................48
§4.3 基于 Agent 计算金融学模型的校核与确认.....................................................50
§4.3.1 模型的校核与确认......................................................................................50
§4.3.2 涌现现象......................................................................................................51
§4.4 基于 Agent 的计算金融学模型的建模要素.....................................................53
§4.5 基于 Agent 计算金融学模型的形式化描述.....................................................53
§4.5.1 有关机制的概念..........................................................................................54
§4.5.2 信号的形式化描述......................................................................................55
§4.5.3 机制的形式化描述......................................................................................55
§4.5.4 Agent 机制的形式化描述...........................................................................56
§4.5.5 资源机制的形式化描述..............................................................................56
§4.5.6 环境的形式化描述......................................................................................57
§4.5.7 基于 Agent 的计算金融学模型的形式化描述..........................................57
§4.6 基于机制技术的特点.....................................................................................6058
§4.7 基于 Agent 计算金融学建模与仿真研究步骤.................................................58
§4.7.1 定义建模与仿真目标................................................................................589
§4.7.2 目标系统复杂性特征分析及概念模型的建立..........................................60
§4.7.3 合理选择抽象层次..................................................................................5960
§4.7.4 信号流分析..............................................................................................5960
§4.7.5 建立设计 Agent 模型..............................................................................5960
§4.7.6 建立基于 Agen 计算金融学的设计模型...............................................5960
§4.7.7 进行基于 Agent 机制的仿真....................................................................601
§4.7.8 模型的动态校核与确认............................................................................601
§4.7.9 涌现结果的分析........................................................................................601
§4.7.10 判断是否符合要求..................................................................................601
§4.7.11 模型修正..................................................................................................601
第五章 基于机制的 Agent 建模....................................................................................62
VII
§5.1 Agent 模型研究现状..........................................................................................62
§5.2 基于机制的 Agent 建模.....................................................................................63
§5.2.1 基于机制的 Agent 建模框架......................................................................63
§5.2.2 基本机制的系统结构..................................................................................64
§5.3 感知基本机制.....................................................................................................65
§5.4 操作基本机制.....................................................................................................68
§5.5 决策基本机制.....................................................................................................70
§5.6 适应控制基本机制.............................................................................................72
§5.7 基于机制 Agent 建模的关键技术.....................................................................74
§5.7.1 转换函数的动态构建算法..........................................................................74
§5.7.2 规则的信用分派算法..................................................................................75
§5.7.3 基本机制的适应性进化算法......................................................................76
§5.7.4 情感系数的设置..........................................................................................79
§5.7.5 Agent 机制中的信号传递...........................................................................80
§5.7.6 适应控制基本机制的适应控制算法..........................................................81
§5.7.7 Agent 中其它基本机制的适应控制算法...................................................82
第六章 环境模型............................................................................................................83
§6.1 资源机制.............................................................................................................83
§6.1.1 基本机制的系统结构..................................................................................84
§6.1.2 交易产品交易处理机制..............................................................................84
§6.1.3 感知算法......................................................................................................86
§6.1.4 编码算法......................................................................................................86
§6.1.5 交易匹配与计算算法..................................................................................87
§6.2 金融市场时间模型.............................................................................................87
§6.3 信息共享机制建模的探讨.................................................................................89
第七章 基于 Agent 计算金融学建模与仿真方法的应用............................................92
——股票市场的建模与仿真初探
§7.1 研究背景.............................................................................................................92
§7.2 建模与仿真的目标.............................................................................................93
§7.3 系统分析.............................................................................................................93
§7.4 Agent 机制模型..................................................................................................94
§7.4.1 感知基本机制..............................................................................................94
§7.4.2 操作基本机制..............................................................................................97
VIII
§7.4.3 决策基本机制..............................................................................................99
§7.4.4 适应控制基本机制..................................................................................1001
§7.5 资源机制...........................................................................................................101
§7.5.1 感知基本机制..........................................................................................1012
§7.5.2 决策基本机制..........................................................................................1023
§7.5.3 操作基本机制..........................................................................................1034
§7.6 仿真语言的选择.............................................................................................1034
§7.6.1 Java 对基于 Agent 股票市场仿真模型的支持......................................1045
§7.6.2 Java 性能实际测试....................................................................................105
§7.7 开发环境...........................................................................................................106
§7.8 系统设计原则.................................................................................................1067
§7.9 主要机制类的设计.........................................................................................1078
§7.9.1 机制基类的设计......................................................................................1078
§7.9.2 Agent 机制类的设计.................................................................................108
§7.9.3 资源机制类的设计....................................................................................110
§7.9.4 基于 Agent 的股票市场仿真模型设计框架..........................................1101
§7.10 仿真结果分析...............................................................................................1112
第八章 总结与展望......................................................................................................117
§8.1 工作总结...........................................................................................................117
§8.2 研究展望...........................................................................................................118
参考文献.....................................................................................................................1210
IX
第一章 引言
第一章 引言
§1.1 研究背景
近年来，随着人们对金融市场认识和研究的不断深入，发现标准金融学理论难
以解释现实金融市场中存在的大量异常现象，如小公司效应、反转效应、年末效应
等，因而对金融市场的研究陷入了困境之中。标准金融学认为:
1.投资者是理性的。他们对获取的信息的估计是无偏的，做出的投资决策是最优
的,对未来经济的预测是客观公正的。
2.投资者是同质的。投资者之间没有差别，具有同样的理性。
3.投资者是风险厌恶型的。它总是在既定的收益下选择风险最小的投资决策。
4.投资者对不同资产的风险态度是一致的。
5.市场有效。市场价格充分反应了所有信息，市场价格即为理性价格。
标准金融学的这些观点使得它对现实中投资者确实存在的非理性行为无从下手。
作 为 现 代 标 准 金 融 理 论 支 柱 之 一 的 市 场 有 效性假 说 (Efficient Markets
Hypothesis，EMH )认为，如果信息不受扭曲地全部在证券价格中得到了反映，那
么就认为市场是有效的。此假说的一个最主要的推论就是如果市场有效，则过去
的信息对于将来的预测毫无意义，市场似乎没有原动力。然而，在证券市场中获
得更多的经验模式如：收益率波动聚集（Volatility Clustering）、尖峰肥尾（Fat
Tails）和长期记忆（long memory）等，表明市场存在着某种内在的动力系统。标
准金融学的基本观点，越来越受到怀疑，EMH 好像不再有效。
金融市场是一个复杂的经济系统，它由投资主体和投资客体共同组成，投资
者的投资哲学、投资策略、市场预期等内部因素与宏观环境因素、政策及市场因素、
信息获取因素等外部因素之间复杂的关系决定了金融市场运行系统的运行态势。
内部因素的变化直接导致系统的波动，外部因素则通过内部因素作用于金融市场
系统，同样会引起系统的波动。但不管是内部因素还是外部因素，都不是独立地
影响金融市场的运行，而是相互渗透、相互影响的。金融市场中的投资主体是具有
自身目的与主动性的、积极的“活的” 个体。它并不象当今金融研究领域中占据着
统治地位的传统金融理论认为的具有完全的理性，并按照最大效用原则进行投资
的完全理性个体，而是能够与环境以及其他个体进行交互作用，从而进行有限理
性行为的个体，这样的个体能够在持续不断的交互过程中，不断地“学习”或
“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。当环境发生变
化的时候，他们往往又可以调整自己的策略，从而使得自己能够尽量的谋得经济
利益。宏观的变化和个体分化都可以从这些投资主体的行为规律中找到根源。
1
摘要：

摘要复杂系统与复杂性科学是21世纪的科学，其研究方法是近代以来科学方法论的又一场革命，将为人们提供全新的了解自然界奥秘的手段。当前，对于自然现象、社会、政治、军事、管理、生物、经济、特别是金融等领域复杂适应系统与复杂性的研究，呼唤新的建模与仿真方法的出现，基于Agent的建模与仿真方法应运而生。由于金融市场是一个复杂适应系统，所以基于Agent的计算金融学建模与仿真方法学作为当前研究金融市场复杂适应系统的科学方法，成为当前建模与仿真领域的研究热点。本论文以复杂适应系统理论为立论基础与研究方法，以金融市场的建模与仿真为立题背景，进行了基于Agent的计算金融学建模与仿真方法普适理论的相关研究，将...

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作者：牛悦 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：134 页 大小：1.54MB 格式：DOC 时间：2024-11-19

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