Calcolo della Convexity di un Portafoglio con Matrici

Il calcolo della convexity di un Portafoglio con le matrici è un metodo avanzato basato sull’algebra lineare per misurare la sensibilità non lineare del prezzo di un portafoglio ($m$ strumenti, $n$ scadenze) alle variazioni del tasso di interesse.


1. Definizione Analitica e Formulazione Matriciale

La Convexity ($C$) è proporzionale alla derivata seconda del prezzo ($P$) rispetto al tasso di interesse ($i$), e la sua formula discreta per una serie di flussi di cassa è:

$$C = \frac{1}{P} \sum_{k=1}^{n} \left[ R_k \cdot t_k \cdot (t_k + 1) \cdot (1+i)^{-(t_k+2)} \right]$$

Il metodo matriciale calcola l’intera sommatoria (il Numeratore $N_C$) e il Valore Attuale Totale ($P$) tramite prodotti compatti.


2. Elementi Matriciali Fondamentali

Definiamo i seguenti elementi per eseguire il calcolo della convexity con le matrici:

A. Matrici dei Dati

  • Matrice dei Flussi ($R$): Matrice $m \times n$ che contiene i flussi di cassa ($R_{j,k}$) di tutti gli $m$ strumenti.
    $$R_{m \times n} = \begin{pmatrix} R_{1,1} & \dots & R_{1,n} \ \vdots & \ddots & \vdots \ R_{m,1} & \dots & R_{m,n} \end{pmatrix}$$
  • Vettore Unità ($\mathbf{1}$): Vettore colonna $m \times 1$ di elementi pari a 1, usato per sommare i contributi di tutti gli strumenti.
    $$\mathbf{1}_{m \times 1} = \begin{pmatrix} 1 \ 1 \ \vdots \ 1 \end{pmatrix}$$

B. Matrici di Ponderazione e Sconto

  • Vettore Sconto ($V_{fact}$): Vettore riga $1 \times n$ contenente i fattori di attualizzazione $(1+i)^{-t_k}$.
    $$V_{fact} = \begin{bmatrix} (1+i)^{-t_1} & \dots & (1+i)^{-t_n} \end{bmatrix}$$
  • Matrice Diagonale dei Tempi ($T_{diag}$): Matrice $n \times n$ con le scadenze $t_k$ sulla diagonale.
    $$T_{diag} = \begin{pmatrix} t_1 & 0 & \dots & 0 \ 0 & t_2 & \dots & 0 \ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \ 0 & 0 & \dots & t_n \end{pmatrix}$$
  • Matrice Diagonale ($T_{plus1}$): Matrice $n \times n$ con gli elementi $(t_k + 1)$ sulla diagonale.
    $$T_{plus1} = \begin{pmatrix} t_1+1 & 0 & \dots & 0 \ 0 & t_2+1 & \dots & 0 \ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \ 0 & 0 & \dots & t_n+1 \end{pmatrix}$$

3. Calcolo di $P$ e del Numeratore ($N_C$)

A. Valore Attuale Totale ($P$)

  1. Vettore dei Prezzi ($P_{vec}$): Si calcola il Valore Attuale per ciascuno strumento ($m \times 1$):
    $$P_{vec} = R_{m \times n} \cdot V_{fact}^{\top}$$
  2. Valore Totale ($P$): Si sommano i prezzi pre-moltiplicando per la trasposta del Vettore Unità ($\mathbf{1}^{\top}$):
    $$P = \mathbf{1}^{\top} \cdot P_{vec} = \mathbf{1}^{\top} \cdot (R \cdot V_{fact}^{\top})$$

B. Numeratore della Convexity ($N_C$)

Il Numeratore $N_C$ della Convexity aggregata si ottiene in un unico prodotto matriciale:

$$N_C = \mathbf{1}^{\top} \cdot (R_{m \times n} \cdot T_{diag} \cdot T_{plus1} \cdot V_{fact}^{\top} \cdot (1+i)^{-2})$$


4. Formula Finale della Convexity di Portafoglio

La Convexity aggregata del portafoglio è data dal rapporto tra il Numeratore ($N_C$) e il Valore Attuale Totale ($P$):

$$\mathbf{C} = \frac{N_C}{P}$$

La capacità di esprimere $N_C$ e $P$ in prodotti matriciali rende il calcolo della convexity di un Portafoglio con le matrici estremamente efficiente per l’analisi di rischio e la gestione di portafoglio.

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