Machine Learning Based Intraday Calibration of End of Day Implied Volatility Surfaces

• Main Authors: Herron, Christopher, Zachrisson, André
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Matematisk statistik 2020
• Subjects: Applied Mathematics; Machine Learning; Statistics; Gaussian Process; Neural Network; Options; Volatility; Implied Volatility Surface; Black Scholes; Tillämpad matematik; Maskininlärning; Statistik; Gaussisk Process; Neurala Nätverk; Optioner; Volatilitet; Implicit Volatilitetsyta; Probability Theory and Statistics; Sannolikhetsteori och statistik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273419

The implied volatility surface plays an important role for Front office and Risk Management functions at Nasdaq and other financial institutions which require mark-to-market of derivative books intraday in order to properly value their instruments and measure risk in trading activities. Based on the aforementioned business needs, being able to calibrate an end of day implied volatility surface based on new market information is a sought after trait. In this thesis a statistical learning approach is used to calibrate the implied volatility surface intraday. This is done by using OMXS30-2019 implied volatility surface data in combination with market information from close to at the money options and feeding it into 3 Machine Learning models. The models, including Feed Forward Neural Network, Recurrent Neural Network and Gaussian Process, were compared based on optimal input and data preprocessing steps. When comparing the best Machine Learning model to the benchmark the performance was similar, indicating that the calibration approach did not offer much improvement. However the calibrated models had a slightly lower spread and average error compared to the benchmark indicating that there is potential of using Machine Learning to calibrate the implied volatility surface. === Implicita volatilitetsytor är ett viktigt vektyg för front office- och riskhanteringsfunktioner hos Nasdaq och andra finansiella institut som behöver omvärdera deras portföljer bestående av derivat under dagen men också för att mäta risk i handeln. Baserat på ovannämnda affärsbehov är det eftertraktat att kunna kalibrera de implicita volatilitets ytorna som skapas i slutet av dagen nästkommande dag baserat på ny marknadsinformation. I denna uppsats används statistisk inlärning för att kalibrera dessa ytor. Detta görs genom att uttnytja historiska ytor från optioner i OMXS30 under 2019 i kombination med optioner nära at the money för att träna 3 Maskininlärnings modeller. Modellerna inkluderar Feed Forward Neural Network, Recurrent Neural Network och Gaussian Process som vidare jämfördes baserat på data som var bearbetat på olika sätt. Den bästa Maskinlärnings modellen jämfördes med ett basvärde som bestod av att använda föregående dags yta där resultatet inte innebar någon större förbättring. Samtidigt hade modellen en lägre spridning samt genomsnittligt fel i jämförelse med basvärdet som indikerar att det finns potential att använda Maskininlärning för att kalibrera dessa ytor.