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数学 1900

投机理论

路易·巴舍利耶

股价随机游走——而巴舍利耶第一个写下了这种游走的数学。

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In depth · the introduction

1900 年,一位年轻的法国人,问了一个没人觉得算得上数学的问题——股票的价格是怎么动的?——结果,他竟发明了随机性的数学。

核心想法

巴舍利耶的洞见是:你无法预测价格下一刻是涨是跌,但你可以描述其概率。他把价格想象成一粒尘埃,被买家与卖家无数次微小而独立的推搡所颠簸。把足够多的随机推搡加在一起,一种干净的规律便浮现出来:价格上行与下行的可能相等,而它偏离的典型距离,随已逝去时间的平方根增长。等上四倍的时间,价格也只游走出两倍远。

它是如何诞生的

路易·巴舍利耶在索邦求学,又在巴黎股票交易所一带谋生,整日看着债券与期权的价格跳动。为了 1900 年的博士论文,他把这种跳动化作了数学,导师正是伟大的庞加莱。他比爱因斯坦早五年——后者后来著名地解释了水中花粉颗粒一模一样的颤动,即布朗运动——然而他的考官们,对「竟有人拿股票市场做数学」深感困惑,只给了这篇论文「尚可」的评级。此后大半生,巴舍利耶辗转于一些默默无闻的教职,其工作几近失传,直到 1950 年代被经济学家重新发现。

它为何重要

现代金融几乎一切,都从这篇论文生长出来。「市场不可预测,却有可度量的概率」这一思想,正是著名的布莱克–斯科尔斯期权公式、银行为风险定价的方式,以及人们常说市场所遵循的「随机游走」的根基。而同一条扩散的 √t 律,又描述着水中的墨、金属里的热,以及爱因斯坦的花粉——巴舍利耶盯着一台价格行情机,竟找到了自然界最深的格局之一。

一个可以想象的画面

想象一个微醺的人,深夜从一盏路灯出发,每一秒随机迈出一步——时而向前,时而退后。一百秒后,他并不在一百步开外;他通常只离路灯约十步远——一百的平方根。价格走的,正是这种「醉汉的步伐」:每一次报价都是一次掷硬币般的迈步,而那一大群可能的价格,缓缓张开,按时间的平方根、而非与时间齐步。

一幅可交互的图:许多随机游走的价格路径从 100 出发并散开;外张的包络随时间的平方根增长,右缘出现一条钟形曲线。滑块可改变波动的剧烈程度与等待的时长。

它的位置

巴舍利耶站在本馆的一处十字路口。他的随机游走,与爱因斯坦(1905)为花粉颗粒所解释的,是同一种现象;也正是柯尔莫哥洛夫(1933)后来为之奠定严格基础的那门概率论;而顺流而下,这条线径直通向布莱克–斯科尔斯的期权定价。他把一道来自交易大厅的谜题,同时交到了物理学与数学的手中。

The original document
Original source text
L. Bachelier · Théorie de la spéculation · Annales scientifiques de l'É.N.S., 3e série, t. 17 (1900): 21–86 · thesis defended at the Sorbonne, 29 March 1900
Bachelier opens by separating two kinds of cause that move a price: those already known to the market, which are priced in, and the unknowable future, which is not. From this he draws his founding principle — that at any instant a buyer and a seller judge a fair price to be as likely to rise as to fall.
« L'espérance mathématique du spéculateur est nulle. » — "The mathematical expectation of the speculator is zero."
He then builds the probability that a price has moved by a given amount after a given time. In the section he titles « Rayonnement de la probabilité » — the radiation of probability — he argues that probability flows from each price to its neighbours in proportion to their difference. The reasoning yields, in modern terms, the heat (diffusion) equation, and a Gaussian whose width grows as the square root of the elapsed time.
[ … ]
The remainder applies this propagator to the instruments traded on the Paris Bourse, deriving prices for options ("primes") and the chance that they expire in the money, and comparing the formulas against quoted market prices. The complete 86-page text (in French) is at the source below.