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mabR语言金融工程中文教程 - Copy.pdf

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资源描述

1、R语 语 语 言 言 言 金 金 金 融 融 融 工 工 工 程 程 程 中 中 中 文 文 文教 教 教 程 程 程 Financial Engineering with R, Chinese Manual 李 智 Li, Zhi February 4, 2014匲Contents 前 前 前 言 言 言 i 符 符 符 号 号 号 注 注 注 释 释 释 iii 1 线 线 线 性 性 性 代 代 代 数 数 数 1 匱匮匱 关 于 函 数 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱 匱匮匲 标 量 , 向 量 和

2、 矩 阵 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匳 匱匮匳 矩 阵 乘 法 和 矩 阵 逆 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匵 匱匮匴 线 性 方 程 求 解 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匷 匱匮匵 二 次 形式 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匸 2 回 回 回 报 报 报 率 率 率 9 匲匮匱 回 报 率

3、的 计 算 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匹 匲匮匲 房 产 的 价 格 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匱 匲匮匳 杠杆 原 理 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匳 匲匮匴 回 报 率 的 估 计 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匴 匲匮匵 预 测 回 报 率 匮 匮 匮

4、匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匶 3 债 债 债 券 券 券 种 种 种 类 类 类 23 匳匮匱 零 息 匨博卥卲卯匩 息 票 ( 千卯卵印卯卮 ) 债 券 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匲匳 匳匮匲 到 期 收 益 率 匨卙卩卥卬卤 却卯 卍卡却卵卲卩却卹匩 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匲匵 匳匮匳 期 限 结 构 匨協卥卲卭 卓却卲卵卣却卵卲卥匩 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匲匶 4 投 投

5、投 资 资 资 组 组 组 合 合 合 理 理 理 论 论 论 27 匴匮匱 组 合 两 种 资 产 匨協卷卯 十即即卥却即匩 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匲匷 匴匮匲 基 本 定 义 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匳匰 匴匮匳 组 合 多 种 资 产 匨华 十即即卥却即匩 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匳匳 匴匮匴 资 本 资 产 定 价 模 型 匨千十卐卍匩 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮

6、 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匳匶 匴匮匵 卂卬卡卣卫匭卌卩却却卥卲卭卡卮 模 型 ( 匱匹匹匱 ) 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匴匲 匳匴 扃扏扎扔扅扎扔打 5 布 布 布 莱 莱 莱 克 克 克 -肖 肖 肖 尔 尔 尔 斯 斯 斯 模 模 模 型 型 型 ( ( ( Black-Scholes) ) ) 45 匵匮匱 零 回 报 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匴匵 匵匮匲 相 关 的 定 义 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮

7、匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匴匸 匵匮匳 套 利 命 题 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匴匸 匵匮匴 计 算 布 莱 克 匭肖 尔 斯 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匵匰 6 对 对 对 冲 冲 冲 基 基 基 金 金 金 (Hedge Funds) 57 匶匮匱 套 期 保 值 匨卉卮即卵卲卥卤 卐卯卲却卦卯卬卩卯匩 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匵匷 匶匮匲 德 尔 塔

8、避 险 匨卄卥卬却卡 卨卥卤卧卩卮卧匩 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匶匰List of Figures 匲匮匱 房 产 的 市 场 价 格 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匲 匲匮匲 收 房 租 就 是 分 红 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匳 匲匮匳 回 报 率 的 估 计 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匵 匲匮匴 欧

9、 元 匯 美 金 牌 价 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匷 匲匮匵 卅单卒单卓卄 回 报 率 卑卑 图 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匸 匲匮匶 卅单卒单卓卄 升卡卲卣卨 模 型 卑卑 图 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匱匹 匲匮匷 欧 元 匯 美 金 回 报 率 预 测 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匲匱 匴匮匱 两个 资 产 投 资 组 合 作 图 匮

10、匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匲匹 匴匮匲 默 顿 切 线 方 法 演 示 图 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匳匱 匴匮匳 默 顿 第 一 定 理 演 示 图 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匳匵 匴匮匴 资 本 市 场 线 作 图 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匳匸 匴匮匵 资 本 资 产 定 价 模 型 ( 千十卐卍 ) 估 计 匮 匮 匮 匮

11、 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匴匱 匵匮匱 匱匰 个 随 机 生 成 的 股 票 价 格 序 列 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匴匷 匵匮匲 认 购 价 的 凹 性 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匵匱 匵匮匳 布 莱 克 匭肖 尔 斯 , 波 动 性 计 算 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匵匴 匶匮匱 套 期 保 值 再 平 衡 策 略 投 资 价 值 走 势 举 例 插 图 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匶

12、匱 匶匮匲 德 尔 塔 避 险 再 平 衡 策 略 投 资 花 费 举 例 输 出 插 图 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匮 匶匵 匵匶 扌扉打扔 扏扆 扆扉扇払扒扅打前 前 前 言 言 言 在 上 小 学 的 时 候 , 有 一 年 暑 假 回 济 南 , 去 看 望 姥 爷 和 姨 , 姨夫 们 。 那 天 , 三 姨 和 三 姨夫 在 家 里 招 待 了 我 们 所 有 的 人 。 他们 家 小 区 的 后 面 是 一个 没 有 树 的 小山 包 。 吃 完 晚 饭 , 趁 着 明 媚 的 夕 阳 , 我 们 又 一 起 去 爬 山 。 表 哥 , 我 , 和 表 弟 , 小 哥 三个

13、 , 自 然 地 排 成 了一个 小 队 , 向 山 顶 走 。 旁 边 路 过 , 有 一个 老 人 , 他 用 早 上 刚 升 起 来 的 太 阳 形 容 我 们 。 转 眼 二 十 多 年 的 时 间 过 去 了 , 感 谢 老 人 的 鼓 励 , 我 们 兄 弟 三个 都 有 了 属 于 自 己 的 事业 , 为 祖 国 的 发 展 做 着 贡 献 。 我 非 常 喜 欢 走 过 北 京 机 场 協匳 航 站 楼 的 出 站 口 。 因 为 那 里 众 多 急 切 接 飞 机 的 人们 , 使 我 感 觉 像 是 一个 明星 , 走 在 火 红 的 地 毯 上 。 但 是 这 次 寒

14、假 回 国 , 只 有 老 迈 的 妈妈 来 接 我 , 爸爸 再 也不 会 来 了 。 爸爸 是 一个 老 党 员 , 去 世 前 大 量 写 作 , 他 起 草 完 成 过 几 千 个 技 术 专 利 申 请 的 文 件 。 我 也 要 写 作 , 作 为一个 传 统 , 实 现 人 生 价 值 的 传 统 。 这 主 要 还 是 一 部 关 于 卒 语 言 编 程 应 用 的 著 作 , 最 好 的 学 习 方 法 是 把所 有 卒 语 言 程 序 的 例 子 挑 出 来 , 运 行 后 知 道 如 何使 用 就 可 以了 。 知 识 本 应 该 是 免 费 的 , 我 只 是 没 有

15、精 力 都 写出 来 。 本 书 的 每 一 章 都 独 立 成 文 , 分 开 阅 读 完 全 可 行 。 重 要 的 最 后 关 于 对 冲 的 一 章 , 是 对 这 个 概 念 的 精 确 接 触 。 如 果 有 对 本 书 的 意 见 提 出 , 请 加 入 与 本 书 同名 的 卑卑 群 进 行 讨论 , 也 可 以 联 系 作 者 的 卑卑匲匴匷匶匷匸匴匹匸匶 。 对 冲 是 一个 非 常广 泛 应 用 , 种 类 繁 多 的 金 融 方 法 。 再 继续 进 行 举 例 , 多 写几 百 页 , 也不 可 能 结 束 。 基 于 点 到 为 止 , 深 入 浅 出 的 原 则

16、, 只 给 读 者 一 点 尝 试 , 同 时 又 练 习了 卒 语 言 。 卩卩卩 前 言符 符 符 号 号 号 注 注 注 释 释 释 卲 匭 净 回 报 率 卒 匭 毛 回 报 率 卓 匭 方 差 协 方 差 矩 阵 卓 匭 股 票 价 格 単 匭 期权 履 约 价 匭 期望 值 2 匭 方 差 匭 标 准 差 , 波 动 性 却 匭 某 一 时 间 点 匁 t 匭 某 一个 时 间 段 却卩卭卥 却卯 卭卡却卵卲卩却卹 N匨匩 匭 正 态 分 布 概 率 的 函 数 卬卯卧 匭 对 数 函 数 计 算 卥卸印 匭 指 数 函 数 计 算 匆 匭 总 和 计 算 卩卩卩卩卶 符 号 注

17、释Chapter 1 线 线 线 性 性 性 代 代 代 数 数 数 (Linear Algebra) 1.1 关 关 关 于 于 于 函 函 函 数 数 数 函 数 匨卆卵卮卣却卩卯卮匩 是 一个 大 学 一 年 级 的 概 念 , 虽 然 不 是 金 融 的 有 关 部 分 , 但 它 是 数 学 的 基 础 , 为了 要 是 这 本 书 能 够 做 到 自 圆 其 说 , 在 这 里 必 须 要 介 绍 清 楚 函 数 。 对 函 数 的的 精 确 又 简 便 的 描 述 是 : 数 数 数 据 据 据 入 入 入 数 数 数 据 据 据 出 出 出 (Data In Data Out)

18、。 例 如 有 一个 名 叫 f匨 x匩的 函 数 : f匨 x匩 匽 匳 x 2 匨匱匮匱匩 卒 卣卯卤卥区 x=7 f=3*x2 f 在 这 个 函 数 中 , x只 是 一个 用 来 占 位 子 的 符 号 , 也 是 数 据 输 入 的 位 置 。 如 果 输 入 x 匽 匷 , 这 个 函 数 就 会 根 据 其 带 有 的 表 达 式 进 行 计 算 , 匳 匷 2 , 然 后 输 出 f匨匷匩 匽 匱匴匷 的 结 果 。 值 得 注 意 的 是 , 函 数 是 不 可 以 有 模 棱 两 可 的 输 出 的 , 对 于 已 经 定 义 的 函 数 匨匱匮匱匩 , 如 果 输 入

19、的 数 值 是 匷, 那 么 输 出 的 数 值 只可 能 是 匱匴匷 , 不 可 能 是 其 他 的 数 值 。 这 样 就 生 成 了一个从 匷 到 匱匴匷 的 指 向 关 系 , 所 以 函 数 也 被 称 作 映 象 匨卍卡印印卩卮卧匩 : 匷 ! 匱匴匷 但 是 换 一个 角 度 来 看 , 匷 也 可 以 通 过 函 数 匨匱匮匱匩 指 向 匱匴匷匨匌 也 就 是 说 一个 函 数 的 输 入 可 以 是 多 个 的 , 却 都 可 以 指 向同 一个 输 出 : 匷 匷 ! 匱匴匷 匱匲 扃扈扁扐扔扅扒 戱戮 线 性 代 数 更 多 的 情 况 下 , 需 要 使 用 函 数 建

20、 立 一一 对 应 匨卂卩卪卥卣却卩卯卮匩 的 映 象 关 系 , 也 就 是 说 , 一个 输 入 值 只 对 应 一个 输 出 值 , 而 且一个 输 出 值 也 只 能 对 于一个 输 入 值 。 例 如 函 数 匨匱匮匱匩 , 可 以 取 消 匷 对 应 匱匴匷 的 可 能 性 , 只 允 许 匷 对 应 匱匴匷 。 这 就 需 要 定 义 x的 有 效 范 围 x 匰 , 在 这 个 有 效 范 围 之 内 , 所 有 的 x和 f匨 x匩之 间 就 建 立 起 了一一 对 应 的 映 象 关 系 : f匨 x匩 匽 匳 x 2 x 匰 匨匱匮匲匩 数 学 写 法 匨华卯却卡却卩卯卮

21、匩 十 分 重 要 , 它 是 记 录 数 学 语 言 的 方 式 。 比 方 上 面 用 f匨 x匩指 代 函 数 匨匱匮匱匩 , 和 使 用 x作 为 占 位 子 的 符 合 , 甚 至 使 用 匰来 代 表 什么 都 没 有 , 都 是 数 学 写 法 。 这 些 写 法 使 困 难 的 事 情 变 得 简 单 , 使 不 可 能 完 成 的 事 变 得 可 能 。 复 合 函 数 匨千卯卭印卯即卩却卥 卆卵卮卣却卩卯卮匩 被 记 为 f g, 是 把 一个 函 数 的 输 出 作 为 另 一 个 函 数 的 输 入 , 然 后 输 出 最 终结 果 。 具 体 来 讲 g匨匩 是 一个

22、 函 数 , 它 的 输 入 是 x。 然 后 f匨匩 也 是 一个 函 数 , 它 的 输 入 是 g匨 x匩: f g匨 x匩 匽 f匨 g匨 x匩匩 匨匱匮匳匩 使 用 上 面 函 数 匨匱匮匱匩 , f匨 x匩 匽 匳 x 2 , 然 后 定 义一个 新 函 数 g匨 x匩 匽 x 匸, 只 需 要 把 g匨匩 的 结 果 输 入 到 f匨匩 的 里 面 , 就 生 成 了 这 个 复 合 函 数 : f g匨 x匩 匽 f匨 g匨 x匩匩 匽 f匨 x 匸匩 匽 匳匨 x 匸匩 2 卒 卣卯卤卥区 x-7 g-function(x)x-8 f-function(x)3*x2 f(g(

23、x) 最 大 值 函 数 匨卍卡卸卩卭卵卭 卆卵卮卣却卩卯卮匩 输 出 最 大 值 的 函 数 , 写 法 卭卡卸匨匩 。 比 方 说 有 组 数 值 被 存 放 在 了 电 脑 里 , 需 要 找 出其 中 最 大 的 数 值 , 就 需 要 使 用 最 大 值 函 数 。 例 如 这 组 数 值 为 : 匳 :匱匴 匱匰匰匰 匰 :匵 匹匹匹 匹匹匹匹 。 要 找 出其 中 最 大 值 , 使 用 卭卡卸匨匩 可 以 得 出 结 果 : 卭卡卸匨匳 :匱匴 ; 匱匰匰匰 ; 匰 :匵 ; 匹匹匹 ; 匹匹匹匹匩 匽 匱匰匰匰 匨匱匮匴匩 卒 卣卯卤卥区 max(3.14 , 1000 ,

24、0.5 , 999 , -9999) 在 这 里 等 于 号 匽 可 以 被 理 解 成 输 出 的 意 思 。戱戮戲戮 标 量 , 向 量 和 矩 阵 匳 1.2 标 标 标 量 量 量 , , , 向 向 向 量 量 量 和 和 和 矩 矩 矩 阵 阵 阵 数 学家 和 统 计 学家 之 间 总 存 在 着 一 种 争 论 , 向 量 应 该 是 横 着 的 还 是 竖 着 的 。 数 学家 们 喜 欢 把 向 量 竖 着 放 , 统 计 学家 喜 欢 把 向 量 横 着 放 。 他们从 来 都 是 不 同 意 对 方 的 做 法 , 认 为 对 方 的 做 法 很 傻 。 这 两 种 不

25、 同 的 做 法 , 都 有 着 其 中不 同 的 历史 和 传 承 。 在 这 里 我 们不 会 去 关 心 统 计 学 , 所 以 这 里 的 向 量 都 是 竖 着 放 的 。 标 量 匨卓卣卡卬卡卲匩 只 是 一个 数 值 , 可 以 用 任 何 符 号 来 代 表 , 大 家 可 以 把 它 理 解 成 只 有 一 行 一 列 的 匱 匱 矩 阵 。 向 量 匨卖卥卣却卯卲匩 指 的 是 一 列 数 字 , 也 被 称 为 数 列 , 它 是 只 有 一 列 , 但 可 以 有 很 多 行 的 匱 n矩 阵 。 卒 卣卯卤卥区 x=10 #Scalar y=c(3.14 , 1000

26、 , 0.5 , 999 , -9999) #Vector 矩 阵 匨卍卡却卲卩卸匩 是 把 多 个 向 量 放 在 了一 起 , 这 就 使 矩 阵 可 以 是 多 行 多 列 m n, 这 个 英 文 词 汇 原 本 和 环 境 、 富 饶 多 产 的 土 壤 有 关 系 。 可 以 使 用 卒 语 言 , 生 成 几 个 向 量 , 放 在 一 起 , 并 输 出 生 成 的 矩 阵 : 卒 卣卯卤卥区 x=c(1,2,3) #vector y=c(4,5,6) #vector z=c(7,8,9) #vector A=cbind(x,y,z)#matrix A 矩 阵 转 置 匨協卲卡

27、卮即印卯即卥匩 是 把 矩 阵 里 每 一 列 的 数 字 写 在 行 里 , 写 法 是 在 代 表 矩 阵 的 符 号右 上 角 画 上一个 小 T。 例 如 上 面 语 句 中 生 成 的 矩 阵 A, 它 的 转 置 就 是 A T : A 匽 匱 匴 匷 匲 匵 匸 匳 匶 匹 A T 匽 匱 匲 匳 匴 匵 匶 匷 匸 匹 匨匱匮匵匩 卒 卣卯卤卥区 x=c(1,2,3) #vector y=c(4,5,6) #vector z=c(7,8,9) #vector A=cbind(x,y,z)#matrix t(A) #traspose匴 扃扈扁扐扔扅扒 戱戮 线 性 代 数 向 量

28、 和 常 量 都 属 于 矩 阵 , 所 以 向 量 和 常 量 都 可 以 被 转 置 。 竖 着 的 向 量 转 置 后 就 成 了 横 着 的 向 量 , 横 着 的 向 量 被 转 置 后 就 成 了 竖 着 的 向 量 。 常 量 的 转 置 还 是 常 量 , 没 有 变化 。 x 匽 匱 匲 匳 x T 匽 匱 匲 匳 b 匽 匱 匳 匵 b T 匽 匱 匳 匵 a 匽 j匱匰 j a T 匽 j匱匰 j 对 称 匨卓卹卭卭卥却卲卹匩 是 说 , 如 果 一个 转 置 后 的 矩 阵 m m, 必 须 是 正 方 形 的 矩 阵 , 与 其 没 有 转 置 的 时 候 相 同 ,

29、 被 称 为 对 称 矩 阵 。 下 面 就 是 一个 用 S代 表 的 对 称 矩 阵 , 无 论 如 何 转 置 , 都 不 会 有 变化 。 S 匽 匱 匲 匳 匲 匵 匴 匳 匴 匶 加 法 匨十卤卤卩却卩卯卮匩 , 矩 阵 的 加 法 , 是 把 矩 阵 中 有 相 同 位 置 的 数 值 , 对 应 相 加 , 这 也 就 使 相 加 的 矩 阵 之 间 必 须 有 相 同 的 行 数 和 列 数 , 例 如 : x 匫 y 匽 匱 匲 匳 匫 匴 匵 匶 匽 匱 匫 匴 匲 匫 匵 匳 匫 匶 匽 匵 匷 匹 卒 卣卯卤卥 : x=c(1,2,3) #vector y=c(4,5

30、,6) #vector x+y A匫 B 匽 匱 匴 匷 匲 匵 匸 匳 匶 匹 匫 匱 匱 匱 匲 匲 匲 匳 匳 匳 匽 匱 匫 匱 匴 匫 匱 匷 匫 匱 匲 匫 匲 匵 匫 匲 匸 匫 匲 匳 匫 匳 匶 匫 匳 匹 匫 匳 匽 匲 匵 匸 匴 匷 匱匰 匶 匹 匱匲 卒 卣卯卤卥 : x=c(1,2,3) #vector y=c(4,5,6) #vector z=c(7,8,9) #vector A=cbind(x,y,z)#matrix B=cbind(x,x,x)#matrix A+B戱戮戳戮 矩 阵 乘 法 和 矩 阵 逆 匵 一个 常 量 可 以 和 任 何 行 数 和 列

31、数 的 矩 阵 相 加 , 尽 管 常 量 会 与 矩 阵 的 行 数 和 列 数 不 同 , 只 需 要 把 矩 阵 中 的 所 有 数 字 , 与 这 个 常 量 相 加 , 例 如 : a 匫 A 匽 匱匰 匫 匱 匴 匷 匲 匵 匸 匳 匶 匹 匽 匱匰 匫 匱 匱匰 匫 匴 匱匰 匫 匷 匱匰 匫 匲 匱匰 匫 匵 匱匰 匫 匸 匱匰 匫 匳 匱匰 匫 匶 匱匰 匫 匹 匽 匱匱 匱匴 匱匷 匱匲 匱匵 匱匸 匱匳 匱匶 匱匹 卒 卣卯卤卥 : a=10 A=cbind(x,y,z)#matrix a+A 1.3 矩 矩 矩 阵 阵 阵 乘 乘 乘 法 法 法 和 和 和 矩 矩 矩

32、 阵 阵 阵 逆 逆 逆 点 乘 匨卄卯却 卐卲卯卤卵卣却匩 , 指 的 是 两个 相 同 长 度 的 向 量 , 先 把 相 同 位 置 的 数 值 相 乘 , 然 后 把所 有 的 乘 积 加 起 来 做 和 。 这 种 向 量 之 间 的 乘 法 的 写 法 是 一个 圆 点 , 所 以 叫 做 点 乘 , 例 如 : x y 匽 X 匱 匲 匳 匴 匵 匶 匽 X 匱 匴 匲 匵 匳 匶 匽 X 匴 匱匰 匱匸 匽 匴 匫 匱匰 匫 匱匸 匽 匳匲 卒 卣卯卤卥 : x=c(1,2,3) #vector y=c(4,5,6) #vector x%*%y 但 是 , 平 时 书 写 点

33、乘 的 时 候 , 需 要 把 两个 向 量里 , 处 在 前 面 的 向 量 横 过 来 , 这 是 从 解 决 线 性 方 程 中 来 的 传 统 , 例 如 使 用 传 统 方 法 的 点 乘 : x y 匽 j 匱 匲 匳 j 匴 匵 匶 匽 匱 匴 匫 匲 匵 匫 匳 匶 匽 匳匲 使 用 传 统 方 法 的 点 乘 , 行 与 列 之 间 的相 乘 相 加 , 还 可 以 定 义 矩 阵 乘以 向 量 , 做 法 如 下 : A x 匽 匱 匴 匷 匲 匵 匸 匳 匶 匹 匱 匲 匳 匽 匱 匱 匫 匴 匲 匫 匷 匳 匲 匱 匫 匵 匲 匫 匸 匳 匳 匱 匫 匶 匲 匫 匹 匳

34、 匽 匳匰 匳匶 匴匲 卒 卣卯卤卥区匶 扃扈扁扐扔扅扒 戱戮 线 性 代 数 A%*%x 矩 阵 与 矩 阵 之 间 的相 乘 , 也 是 用 行 乘以 列 来 定 义 , 结 果 是 一个 矩 阵 。 矩 阵 的相 乘 是 复 合 函 数 匨匱匮匳匩 在 矩 阵 上 的 应 用 区 A A 匽 匱 匴 匷 匲 匵 匸 匳 匶 匹 匱 匴 匷 匲 匵 匸 匳 匶 匹 匽 匳匰 匶匶 匱匰匲 匳匶 匸匱 匱匲匶 匴匲 匹匶 匱匵匰 卒 卣卯卤卥区 A%*%A 从上 面 一 系 列 的 卒 代 码 中 可 以 清 楚 的 看 到 , 点 乘 的 卒 语 言 命 令 , 使 用 匥 匥 来 代 表

35、 , 并 完 成 运 算 的 。 矩 阵 逆 匨卍卡却卲卩卸 卉卮卶卥卲即卥匩 , 指 的 是 使 用 一个 矩 阵 的 逆 , 和 这 个 矩 阵 相 乘 , 乘 积 是 一个 只 在 左 右 对 角 线 上 是 匱 , 其 他 位 置 是 匰 的 矩 阵 。 矩 阵 逆 的 写 法 , 是 把 减 一 符 号 放 在 表 示 矩 阵 符 号 的 右 上 角 。 找 到 一个 矩 阵 的 逆 不 是 一件 容 易 的 事 , 但 卒 语 言 提 供 了 solve匨匩 函 数 来 解 决 这 个 问 题 。 在 下 面 的 例 子 里 , 可 以 看 到 , 一个 矩 阵 乘以 它 的 逆

36、, 结 果 的 确 是 一个 匰匬匱 矩 阵 : A A 1 匽 匱 匴 匷 匲 匰 匸 匳 匶 匹 匰 :匸 匰 :匱 匰 :匵匳匳匳 匰 :匱 匰 :匲 匰 :匱 匰 :匲 匰 :匱 匰 :匱匳匳匳 匽 匱 匰 匰 匰 匱 匰 匰 匰 匱 卒 卣卯卤卥区 A=matrix(c(1,4,7,2,0,8,3,6,9),nrow=3,ncol=3,byrow = TRUE) solve(A) A%*%solve(A) 满 秩 矩 阵 匨卆卵卬卬 卒卡卮卫 卍卡却卲卩卸匩 , 并 不 是 所 有 的 正 方 形 矩 阵 都 有 逆 , 这 也 是 把 匰 放 入 上 面 十 矩 阵 的 原 因 。

37、 只 有 满 秩 矩 阵 才 有 逆 。 因 为 有 时 候 在 矩 阵 中 , 有 些 行 或 列 可 以 使 用 其 它 的 行 和 列 表 达 出 来 , 能 被 其 它 行 和 列 表 达 出 来 的 , 就 不 带 有 比 其 它 行 和 列 更 多 的 信 息 。 所 以 矩 阵 中 所 有 的 行 、 列 , 都 不 能 被 其 它 行 、 列 表 达 , 就 说 明 这 个 矩 阵 有 足 够 的 信 息 , 也 就 是 满 秩 , 还 可 以 被 称 为 非 奇 匨华卯卮匭即卩卮卧卵卬卡卲匩 。 笛 卡 尔 乘 积 匨千卡卲却卥即卩卡卮 卐卲卯卤卵卣却匩 , 指 的 是 两个

38、 向 量 相 乘 , 用 一个 竖 直的 向 量 , 乘以 另 一个 横 躺 的 向 量 。 不 是 相 同 位 置 的 数 值 相 乘 再 作 和 。 而 是 每 一个 数 值 , 都 与 另 一个 向 量里 的 数 值 相 乘 : x y 匽 匱 匲 匳 匴 匵 匶 匽 匱 匴 匱 匵 匱 匶 匲 匴 匲 匵 匲 匶 匳 匴 匳 匵 匳 匶 笛 卡 尔 乘 积 的 符 号 是 一个 小 差 号 , 笛 卡 尔 乘 积 实 际 上 表 示 的 是 计 算 机 程 序 算 法 中 的 卦卯卲匭卬卯卯印 循 环 。戱戮戴戮 线 性 方 程 求 解 匷 1.4 线 线 线 性 性 性 方 方 方

39、程 程 程 求 求 求 解 解 解 多 元 的 线 性 方 程 , 是 每 个 高 中 学 生 都 有 能 力 解 决 的 问 题 。 请 看 下 面 的 例 子 : 匳 x 匫 匶 y 匫 匲 z 匽 匵 匨匱匮匶匩 匲 x 匫 匵 y 匫 匴 z 匽 匱匱 匲匶 x 匫 匵匹 y 匫 匳匶 z 匽 匷 可 以 看 出 这 组线 性 方 程 是 没 有 解 的 。 因 为 第 一个 方 程 中 的 系 数 乘以 匴, 再 加 上 第 二个 方 程 的 系 数 乘以 匷 , 就 是 第 三个 方 程 的 系 数 。 也 就 是 说 第 三个 方 程 可 以 用 第 一 、 二个 方 程 来 代

40、 表 。 所 以 这 组线 性 方 程 是 奇 异 的 , 是 不 满 秩 的 。 再 举一个 满 秩 例 子 , 来 学 习 使 用 卒 语 言 解 线 性 方 程 : x 匫 匴 y 匫 匷 z 匽 匱匱 匨匱匮匷匩 匲 x 匫 匸 z 匽 匹 匳 x 匫 匶 y 匫 匹 z 匽 匵 把 这 组线 性 方 程 写 成 矩 阵 形式 : 匱 匴 匷 匲 匰 匸 匳 匶 匹 x y x 匽 匱匱 匹 匵 等 号 左 右 两 边 都 乘以 系 数 矩 阵 的 逆 : 匱 匴 匷 匲 匰 匸 匳 匶 匹 1 匱 匴 匷 匲 匰 匸 匳 匶 匹 x y x 匽 匱 匴 匷 匲 匰 匸 匳 匶 匹 1

41、 匱匱 匹 匵 x y z 匽 匱 匴 匷 匲 匰 匸 匳 匶 匹 1 匱匱 匹 匵 匽 匵 :匲匳 匰 :匲 匲 :匴匳 卒 卣卯卤卥区 A=matrix(c(1,4,7,2,0,8,3,6,9),nrow=3,ncol=3,byrow = TRUE) f=c(11,9,5) solve(A)%*%f匸 扃扈扁扐扔扅扒 戱戮 线 性 代 数 1.5 二 二 二 次 次 次 形 形 形式 式 式 二 次 形式 匨卑卵卡卤卲卡却卩卣 卆卯卲卭匩 是 把 多 元 二 次 方 程 用 矩 阵 的 写 法 表 达 出 来 , 多 元 二 次 方 程 和 二 次 形式 实 际 上 是 同 一个东 西 ,

42、 只 是 它 们 的 书 写 形式 有 所 区 别 。 例 如 , 这 里 是 最 普 通 的 二 元 二 次 方 程 : x 2 匫 匲 xy 匫 y 2 二 元 指 的 是 两个 变 量 x、 y, 二 次 指 的 是 每 一 项 的 次 方 为二 。 表 达 式 匨匱匮匸匩 可 以 被 写 成 矩 阵 形式 : x y 匱 匱 匱 匱 x y 所 有 的 二 元 二 次 方 程 都 可 以 把 变 量 提 出 来 , 写 成 一个 向 量 , 用 x代 表 。 并 且 把 系 数 提 出 来 写 成 一个 对 称 的 正 方 形 矩 阵 , 用 A代 表 。 二 次 形式 就 成 为了

43、向 量 和 矩 阵 之 间 的 点 乘 : x T Ax 匨匱匮匸匩 卒 卣卯卤卥区 t(x)%*%A%*%x 表 达 式 匨匱匮匸匩 是 二 次 形式 的 准 确 表 述 。 可 以 看 出 , 二 次 形式 只 有 匳 个 部 分 , 一个 向 量 横 过 来 , 乘以一个 正 方 形 的 矩 阵 , 再 乘以 这 个 向 量 竖 着 放 。 表 达 式 匨匱匮匸匩 并 没 有 要 求 正 方 形 的 矩 阵 A是 对 称 的 , 但 是 为了 要 使 二 次 形式 整 齐 好 看 , 所 有 的 教 科 书 都 会 额 外 规 定 矩 阵 A是 对 称 的 。 矩 阵 A装 载 的 是

44、多 元 二 次 方 程 里 系 数 的 信 息 , 不 改 变 多 元 二 次 方 程 的 系 数 , 矩 阵 A是 完 全 可 以 被 写 为 对 称 的 。Chapter 2 回 回 回 报 报 报 率 率 率 ( ( ( Returns) ) ) 2.1 回 回 回 报 报 报 率 率 率 的 的 的 计 计 计 算 算 算 净 回 报 率 匨华卥却 卒卥却卵卲卮匩 , 可 以 被 想 象 成 银 行 的 存 款 利 息 。 比 方 说 银 行 的 存 款 年 利 息 是 匶匥 , 存 入 本 金 匨卄卥印卯即卩却匩匤匱匰匰匰匰 , 一 年 后 再 取 出 来 , 存 款 就 变 成 了

45、 匤匱匰匶匰匰 。 如 果 说 这 匤匱匰匰匰匰 是 一 笔 投 资 , 匶匥 就 是 这 笔 投 资 的 回 报 率 。 这 一 正 本 书 都 是 关 于 回 报 率 的 描 述 , 为了 体 现 回 报 率 的 重 要 性 , 在 编 程 和 写 作 中 , 我 们 使 用 一个专 门 的 英 文 字 母 , 小 写 的 r指 代 回 报 率 。 这 个 银 行 存 款 的 例 子 里 r 匽 匰 :匰匶 。 收 益 匨卒卥卶卥卮卵卥匩 , 指 的 是 经 过 投 资 , 增 长 出 的 , 以 前 本 金 中 没 有 的 数 额 。 收 益 可 以 是 正 值 或 负 值 , 正 值 说 明 投 资 挣 到 了 钱 , 负 值 说 明 投 资赔 了 钱 。 在 上 面 存 款 的 例 子 里 , 收 益 是 匤匶匰匰 。 写 成 数 学 语 言 : Revenue 匽 r Deposit 匽 匰 :匰匶 匱匰匰匰匰 匽 匶匰匰 。 总 回 报 率 匨升卲卯即即 卒卥却卵卲卮匩 , 也 被 称 为 毛 回 报 率 , 指 的 是 经 过 投 资 , 结 果 的 总 数 与 本 金 之 间 的 比 率 。

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