Convexiteit

Waardering en analyse van obligaties in Python

Joshua Mayhew

Options Trader

Voorspelde vs. werkelijke prijzen plotten

import numpy as np
import numpy_financial as npf
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

price = -npf.pv(rate=0.05, nper=20, pmt=5, fv=100)
price_up = -npf.pv(rate=0.06, nper=20, pmt=5, fv=100)
price_down = -npf.pv(rate=0.04, nper=20, pmt=5, fv=100)
duration = (price_down - price_up) / (2 * price * 0.01)
dollar_duration = duration * price * 0.01
print("Bond Price (USD): ", price)
print("Dollar Duration (USD): ", dollar_duration)

Bond Price (USD): 100.00
Dollar Duration (USD): 12.53

Voorspelde vs. werkelijke prijzen plotten

bond_yields = np.arange(0, 10, 0.1)
bond = pd.DataFrame(bond_yields, columns=['bond_yield'])
bond['price'] = -npf.pv(rate=bond['bond_yield'] / 100, nper=20, pmt=5, fv=100)

    bond_yield       price
0          0.0  200.000000
1          0.1  196.978503
..         ...         ...
98         9.8   58.570780
99         9.9   57.997210

[100 rows x 2 columns]

Voorspelde vs. werkelijke prijzen plotten

bond['yield_change'] = bond['bond_yield'] - 5

    bond_yield       price  yield_change
0          0.0  200.000000        -5.0
1          0.1  196.978503        -4.9
2          0.2  194.013231        -4.8
..         ...         ...           ...
97         9.7   59.153044         4.7
98         9.8   58.570780         4.8
99         9.9   57.997210         4.9

[100 rows x 3 columns]

Voorspelde vs. werkelijke prijzen plotten

$ \text{Price Change} = -100 \times \text{Dollar Duration} \times \Delta y$

bond['price_change'] = -100 * dollar_duration * bond['yield_change'] / 100

    bond_yield       price  yield_change  price_change
0          0.0  200.000000          -5.0     62.650619
1          0.1  196.978503          -4.9     61.397607
..         ...         ...           ...           ...
98         9.8   58.570780           4.8    -60.144594
99         9.9   57.997210           4.9    -61.397607

[100 rows x 4 columns]

Voorspelde vs. werkelijke prijzen plotten

bond['predicted_price'] = price + bond['price_change']

   bond_yield       price  yield_change  price_change  predicted_price
0          0.0  200.000000          -5.0     62.650619       162.650619
1          0.1  196.978503          -4.9     61.397607       161.397607
2          0.2  194.013231          -4.8     60.144594       160.144594
..         ...         ...           ...           ...              ...
97         9.7   59.153044           4.7    -58.891582        41.108418
98         9.8   58.570780           4.8    -60.144594        39.855406
99         9.9   57.997210           4.9    -61.397607        38.602393

[100 rows x 5 columns]

Voorspelde vs. werkelijke prijzen plotten

plt.plot(bond['bond_yield'], bond['price'])
plt.plot(bond['bond_yield'], bond['predicted_price'])
plt.xlabel('Yield (%)')
plt.ylabel('Price (USD)')
plt.title("Actual Bond Prices vs. 
    Predicted Prices Using Duration")
plt.legend(["Actual Price", "Predicted Price"])
plt.show()

Beperkingen van duration

Duration is een lineaire maat
Obligatieprijzen zijn convex
Duration is alleen nauwkeurig bij kleine yieldveranderingen

Wat is convexiteit?

Meet de kromming van obligatieprijzen
Verbetert prijsvoorspelling en risicometing
Hogere convexiteit = meer gekromde prijs/yield-relatie

Convexiteitsformule

We gebruiken een vereenvoudigde formule voor convexiteit:

${\large Convexity = \frac{P_{down}\ +\ P_{up} \ - \ 2\times P}{P\ \times\ (\Delta y)^2}}$

$P_{down}$ = Obligatieprijs bij 1% lagere yield
$P_{up}$ = Obligatieprijs bij 1% hogere yield
$2 \times P$ = Dubbele prijs bij huidige yield
$(\Delta y)^2$ = Verandering in yield in het kwadraat (we gebruiken 1% ^ 2)

Voorbeeld convexiteit

10-jaars obligatie, 5% jaarlijkse coupon, 4% yield to maturity: wat is de convexiteit?

${ Convexity = \frac{P_{down}\ +\ P_{up} \ - \ 2\times P}{P\ \times\ (\Delta y)^2}}$

price = -npf.pv(rate=0.04, nper=10, pmt=5, fv=100)

price_up = -npf.pv(rate=0.05, nper=10, pmt=5, fv=100)
price_down = -npf.pv(rate=0.03, nper=10, pmt=5, fv=100)

convexity = (price_down + price_up - 2 * price) / (price * 0.01 ** 2)
print("Convexity: ", convexity)

Convexity:  77.56

Samenvatting

Duration is een lineaire maat
Obligatieprijzen zijn gekromd
Duration is alleen nauwkeurig bij kleine yieldveranderingen
Convexiteit meet deze kromming

${ Convexity = \frac{P_{down}\ +\ P_{up} \ - \ 2\times P}{P\ \times\ (\Delta y)^2}}$

Laten we oefenen!

Waardering en analyse van obligaties in Python