Python王牌加速库：奇异期权定价的利器！
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前言
在金融领域，计算效率有时可以直接转化为交易利润。 量化分析师面临着在研究效率和计算效率之间进行权衡的挑战 。使用Python可以生成简洁的研究代码，从而提高了研究效率。但是，一般的Python代码速度很慢，不适合用于生产环境。在这篇文章中，我们将探索如何使用 Python的GPU库来高性能实现奇异期权定价领域遇到的问题 。
2
定价计算概述
Black-Scholes模型可以有效地用欧洲行权规则为plain vanilla定价。像障碍（Barrier）期权和篮子（Basket ）期权这样的期权具有复杂的结构。蒙特卡罗模拟是一种有效的定价方法。为了得到一个精确的价格和一个小的变动，你需要许多模拟路径，计算十分密集。
幸运的是，每个模拟路径都是独立的， 大家可以利用多核NVIDIA GPU在一个节点内加速计算，甚至在必要时将其扩展到多个服务器 。由于独立路径的并行化，使用GPU可以将计算速度提高几个数量级。
传统上，对GPU的蒙特卡罗仿真是在CUDA C/ C++代码中实现的。大家必须明确地管理内存并编写大量样板代码，这对代码维护和生产效率提出了挑战。
最近，Deep Learning Derivatives（Ryan et al，2018）的论文被引入到使用深度神经网络来近似期权定价模型。该方法利用计算时间与推理时间进行定价训练，与GPU上的蒙特卡罗模拟相比，它实现了额外的数量级加速，这使得在生产环境中的实时奇异期权定价成为一个现实目标。
在这篇文章中介绍的方法对奇异期权类型没有任何限制。它适用于任何可以用蒙特卡罗方法模拟的期权定价模型。
在不失一般性的情况下，大家可以使用 亚式障碍期权 作为一个示例。亚式障碍期权是亚式期权和障碍期权的混合。衍生品价格取决于标的资产价格S、执行价格K和障碍价格B的平均值。以上下看涨期权离散化亚洲障碍期权为例。
-
如果标的资产的平均价格低于这一水平，则该期权无效。
-
资产现货价格S通常在建模中被认为是属于几何布朗运动，它有三个参数：现货价格、波动率和漂移率。
-
期权的价格是到期时的预期利润相对于当前价值的折现。
-
期权的路径依赖性使得对期权价格的解析解成为不可能。
这是使用蒙特卡罗模拟定价的一个很好的示例。你需要一个至少16GB的GPU来复现这个结果。
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第1部分：使用GPU Python库进行蒙特卡洛定价
NVIDIA GPU被设计用来使用大量线程进行并行计算。蒙特卡罗仿真是在GPU中可以很好加速的算法之一。在下面的小节中，大家将看到在传统的CUDA代码中使用蒙特卡罗模拟，然后在Python中使用不同的库实现相同的算法。
CUDA方法
传统上，蒙特卡罗期权定价是在CUDA C/ C++中实现的。下面的CUDA C/ C++代码示例使用蒙特卡罗方法计算期权价格：
#include <vector>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <cuda_runtime.h>
#include <helper_cuda.h>
#include <curand.h>
#define CHECKCURAND(expression) \
{ \
curandStatus_t status = (expression); \
if (status != CURAND_STATUS_SUCCESS) { \
std::cerr << "Curand Error on line " << __LINE__<< std::endl; \
std::exit(EXIT_FAILURE); \
} \
}
// atomicAdd is introduced for compute capability >=6.0
#if !defined(__CUDA_ARCH__) || __CUDA_ARCH__ >= 600
#else
__device__ double atomicAdd(double* address, double val)
{
printf("device arch <=600\n");
unsigned long long int* address_as_ull = (unsigned long long int*)address;
unsigned long long int old = *address_as_ull, assumed;
do {
assumed = old;
old = atomicCAS(address_as_ull, assumed,
__double_as_longlong(val + __longlong_as_double(assumed)));
} while (assumed != old);
return __longlong_as_double(old);
}
#endif
__global__ void sumPayoffKernel(float *d_s, const unsigned N_PATHS, double *mysum)
{
unsigned idx = threadIdx.x + blockIdx.x * blockDim.x;
unsigned stride = blockDim.x * gridDim.x;
unsigned tid = threadIdx.x;
extern __shared__ double smdata[];
smdata[tid] = 0.0;
for (unsigned i = idx; i<N_PATHS; i+=stride)
{
smdata[tid] += (double) d_s[i];
}
for (unsigned s=blockDim.x/2; s>0; s>>=1)
{
__syncthreads();
if (tid < s) smdata[tid] += smdata[tid + s];
}
if (tid == 0)
{
atomicAdd(mysum, smdata[0]);
}
}
__global__ void barrier_option(
float *d_s,
const float T,
const float K,
const float B,
const float S0,
const float sigma,
const float mu,
const float r,
const float * d_normals,
const long N_STEPS,
const long N_PATHS)
{
unsigned idx = threadIdx.x + blockIdx.x * blockDim.x;
unsigned stride = blockDim.x * gridDim.x;
const float tmp1 = mu*T/N_STEPS;
const float tmp2 = exp(-r*T);
const float tmp3 = sqrt(T/N_STEPS);
double running_average = 0.0;
for (unsigned i = idx; i<N_PATHS; i+=stride)
{
float s_curr = S0;
for(unsigned n = 0; n < N_STEPS; n++){
s_curr += tmp1 * s_curr + sigma*s_curr*tmp3*d_normals[i + n * N_PATHS];
running_average += (s_curr - running_average) / (n + 1.0) ;
if (running_average <= B){
break;
}
}
float payoff = (running_average>K ? running_average-K : 0.f);
d_s[i] = tmp2 * payoff;
}
}
int main(int argc, char *argv[]) {
try {
// declare variables and constants
size_t N_PATHS = 8192000;
size_t N_STEPS = 365;
if (argc >= 2) N_PATHS = atoi(argv[1]);
if (argc >= 3) N_STEPS = atoi(argv[2]);
const float T = 1.0f;
const float K = 110.0f;
const float B = 100.0f;
const float S0 = 120.0f;
const float sigma = 0.35f;
const float mu = 0.1f;
const float r = 0.05f;
double gpu_sum{0.0};
int devID{0};
cudaDeviceProp deviceProps;
checkCudaErrors(cudaGetDeviceProperties(&deviceProps, devID));
printf("CUDA device [%s]\n", deviceProps.name);
printf("GPU Device %d: \"%s\" with compute capability %d.%d\n\n", devID, deviceProps.name, deviceProps.major, deviceProps.minor);
// Generate random numbers on the device
curandGenerator_t curandGenerator;
CHECKCURAND(curandCreateGenerator(&curandGenerator, CURAND_RNG_PSEUDO_MTGP32));
CHECKCURAND(curandSetPseudoRandomGeneratorSeed(curandGenerator, 1234ULL)) ;
const size_t N_NORMALS = (size_t)N_STEPS * N_PATHS;
float *d_normals;
checkCudaErrors(cudaMalloc(&d_normals, N_NORMALS * sizeof(float)));
CHECKCURAND(curandGenerateNormal(curandGenerator, d_normals, N_NORMALS, 0.0f, 1.0f));
cudaDeviceSynchronize();
// before kernel launch, check the max potential blockSize
int BLOCK_SIZE, GRID_SIZE;
checkCudaErrors(cudaOccupancyMaxPotentialBlockSize(&GRID_SIZE,
&BLOCK_SIZE,
barrier_option,
0, N_PATHS));
std::cout << "suggested block size " << BLOCK_SIZE
<< " \nsuggested grid size " << GRID_SIZE
<< std::endl;
std::cout << "Used grid size " << GRID_SIZE << std::endl;
// Kernel launch
auto t1=std::chrono::high_resolution_clock::now();
float *d_s;
checkCudaErrors(cudaMalloc(&d_s, N_PATHS*sizeof(float)));
auto t3=std::chrono::high_resolution_clock::now();
barrier_option<<<GRID_SIZE, BLOCK_SIZE>>>(d_s, T, K, B, S0, sigma, mu, r, d_normals, N_STEPS, N_PATHS);
cudaDeviceSynchronize();
auto t4=std::chrono::high_resolution_clock::now();
double* mySum;
checkCudaErrors(cudaMallocManaged(&mySum, sizeof(double)));
sumPayoffKernel<<<GRID_SIZE, BLOCK_SIZE, BLOCK_SIZE*sizeof(double)>>>(d_s, N_PATHS, mySum);
cudaDeviceSynchronize();
auto t5=std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::cout << "sumPayoffKernel takes "
<< std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(t5-t4).count() / 1000.f
<< " ms\n";
gpu_sum = mySum[0] / N_PATHS;
auto t2=std::chrono::high_resolution_clock::now();
// clean up
CHECKCURAND(curandDestroyGenerator( curandGenerator )) ;
checkCudaErrors(cudaFree(d_s));
checkCudaErrors(cudaFree(d_normals));
checkCudaErrors(cudaFree(mySum));
std::cout << "price "
<< gpu_sum
<< " time "
<< std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(t5-t1).count() / 1000.f
<< " ms\n";
}
catch(std::
exception& e)
{
std::cout<< "exception: " << e.what() << "\n";
}
}
这段CUDA代码很长。一般来说，它主要执行以下一系列任务：
1、分配GPU内存来存储随机数和模拟路径结果。
2、调用cuRand库生成随机数。
3、启动障碍期权内核来执行并行模拟。
4、启动sum内核来聚合最终基础资产价格。
5、释放内存。
大家必须显式地执行每个步骤。在这个代码示例中，它计算下表中指定的亚式障碍期权的价格。
亚式障碍期权的参数。K是执行价格，B是障碍价格，S0是现货价格，sigma是波动率百分比，mu是漂移百分比，r是利率。
本研究中，该期权的期限为一年。在V100 GPU上编译和运行这个CUDA代码，可以 在26.6 ms内生成正确的期权价格$18.70，8192万条路径，365个步骤 。使用这些数字作为以后比较的参考基准。在实际投资中，量化分析师通常使用更少的路径来进行蒙特卡罗模拟。
可以使用许多技巧来减少模拟所需的路径数，例如 重要性采样方法。
在这五个步骤中，关键的部分是步骤3，大家需要在其中描述详细的蒙特卡罗模拟。理想情况下，大家的努力应该集中在这一步上。幸运的是，在迁移到Python GPU库之后，其他步骤可以自动处理，而不会牺牲其性能。例如：
步骤1：可以通过CuPy数组自动分配和初始化GPU内存。路径结果数组可以通过以下代码示例定义：
output = cupy.zeros(N_PATHS, dtype=cupy.float32)
步骤2：CuPy随机函数引擎下的cuRAND库。分配和随机数生成可以通过以下代码示例定义:
randoms_gpu = cupy.random.normal(0, 1, N_PATHS * N_STEPS, dtype=cupy.float32)
步骤4：GPU的平均值计算是CuPy库中的一个内置函数。
v = output.mean()
步骤5：通过 Python 内存管理自动释放 GPU 内存。
在这篇文章的其余部分，我们会将重点介绍第3步，使用Python对亚式障碍期权进行蒙特卡罗模拟。
Numba库方法-单核CPU
下面的代码示例是一个实现蒙特卡罗模拟优化运行在一个单核CPU：
@njit(fastmath=True)
def cpu_barrier_option(d_s, T, K, B, S0, sigma, mu, r, d_normals, N_STEPS, N_PATHS):
tmp1 = mu*T/N_STEPS
tmp2 = math.exp(-r*T)
tmp3 = math.sqrt(T/N_STEPS)
running_average = 0.0
for i in range(N_PATHS):
s_curr = S0
for n in range(N_STEPS):
s_curr += tmp1 * s_curr + sigma*s_curr*tmp3*d_normals[i + n * N_PATHS]
running_average = running_average + 1.0/(n + 1.0) * (s_curr - running_average)
if running_average <= B:
break
payoff = running_average - K if running_average>K else 0
d_s[i] = tmp2 * payoff
蒙特卡罗仿真有两个嵌套的for-loop。外部循环遍历独立路径。在内部循环中，标的资产价格逐步更新，最终价格设置为结果数组。
我们启用了 fastmath 编译器优化来加快计算速度。对于相同数量的仿真路径和步骤，需要 41.6s 才能产生相同的定价数。
Numba库方法-多核CPU
为了实现跨多个CPU核的计算，你可以通过 将range改为prange来并行化外层for循环：
@njit(fastmath=True, parallel=True)
def cpu_multiplecore_barrier_option(d_s, T, K, B, S0, sigma, mu, r, d_normals, N_STEPS, N_PATHS):
tmp1 = mu*T/N_STEPS
tmp2 = math.exp(-r*T)
tmp3 = math.sqrt(T/N_STEPS)
for i in prange(N_PATHS):
s_curr = S0
running_average = 0.0
for n in range(N_STEPS):
s_curr += tmp1 * s_curr + sigma*s_curr*tmp3*d_normals[i + n * N_PATHS]
running_average = running_average + 1.0/(n + 1.0) * (s_curr - running_average)
if running_average <= B:
break
payoff = running_average - K if running_average>K else 0
d_s[i] = tmp2 * payoff
这段代码产生了相同的定价结果，现在需要 2.34s 才能在32核、超线程化DGX-1 Intel CPU中计算出来。
Numba库方法-单核GPU
使用Numba可以很容易地从CPU代码转移到GPU代码。在函数装饰中将 njit 改为 cuda.jit 。并使用 GPU 线程并行进行外部for-loop计算。
@cuda.jit
def numba_gpu_barrier_option(d_s, T, K, B, S0, sigma, mu, r, d_normals, N_STEPS, N_PATHS):
# ii - overall thread index
ii = cuda.threadIdx.x + cuda.blockIdx.x * cuda.blockDim.x
stride = cuda.gridDim.x * cuda.blockDim.x
tmp1 = mu*T/N_STEPS
tmp2 = math.exp(-r*T)
tmp3 = math.sqrt(T/N_STEPS)
running_average = 0.0
for i in range(ii, N_PATHS, stride):
s_curr = S0
for n in range(N_STEPS):
s_curr += tmp1 * s_curr + sigma*s_curr*tmp3*d_normals[i + n * N_PATHS]
running_average += (s_curr - running_average) / (n + 1.0)
if running_average <= B:
break
payoff = running_average - K if running_average>K else 0
d_s[i] = tmp2 * payoff
通过在 V100 GPU 上加速这种运算，计算时间可以减少到 65ms ，并产生相同的结果。
CuPy库方法-单核GPU
CuPy提供了一种从原始CUDA源定义GPU内核的简单方法。 RawKernel 对象允许大家使用CUDA的 cuLaunchKernel 接口调用内核。下面的代码示例将障碍期权的计算代码封装在 RawKernel对象中：
cupy_barrier_option = cupy.RawKernel(r'''
extern "C" __global__ void barrier_option(
float *d_s,
const float T,
const float K,
const float B,
const float S0,
const float sigma,
const float mu,
const float r,
const float * d_normals,
const long N_STEPS,
const long N_PATHS)
{
unsigned idx = threadIdx.x + blockIdx.x * blockDim.x;
unsigned stride = blockDim.x * gridDim.x;
unsigned tid = threadIdx.x;
const float tmp1 = mu*T/N_STEPS;
const float tmp2 = exp(-r*T);
const float tmp3 = sqrt(T/N_STEPS);
double running_average = 0.0;
for (unsigned i = idx; i<N_PATHS; i+=stride)
{
float s_curr = S0;
unsigned n=0;
for(unsigned n = 0; n < N_STEPS; n++){
s_curr += tmp1 * s_curr + sigma*s_curr*tmp3*d_normals[i + n * N_PATHS];
running_average += (s_curr - running_average) / (n + 1.0) ;
if (running_average <= B){
break;
}
}
float payoff = (running_average>K ? running_average-K : 0.f);
d_s[i] = tmp2 * payoff;
}
}
''', 'barrier_option')
在Python中启动这个GPU内核并运行蒙特卡罗模拟需要 29ms ，这与本地CUDA代码的基准测试（26ms）非常接近。
Dask-多核GPU
为了获得更准确的期权价格估计，需要更多的蒙特卡罗模拟路径。之前使用的NVIDIA V100 GPU只有16GB的内存，几乎达到了运行8M模拟的内存极限。
DASK是RAPIDS在GPU上进行分布式计算的集成组件。大家可以利用它将蒙特卡罗模拟计算分布到跨多个节点的多个GPU。
https://dask.org/
首先，将所有计算封装在一个函数中，以允许在函数调用结束时释放分配给GPU的内存。该函数为随机数种子值添加一个额外的参数，这样每个函数调用都有一个独立的随机数序列。
def get_option_price(T, K, B, S0, sigma, mu, r, N_PATHS = 8192000, N_STEPS = 365, seed=3):
number_of_threads = 256
number_of_blocks = (N_PATHS-1) // number_of_threads + 1
cupy.random.seed(seed)
randoms_gpu = cupy.random.normal(0, 1, N_PATHS * N_STEPS, dtype=cupy.float32)
output = cupy.zeros(N_PATHS, dtype=cupy.float32)
cupy_barrier_option((number_of_blocks,), (number_of_threads,),
(output, np.float32(T), np.float32(K),
np.float32(B), np.float32(S0),
np.float32(sigma), np.float32(mu),
np.float32(r), randoms_gpu, N_STEPS, N_PATHS))
v = output.mean()
out_df = cudf.DataFrame()
out_df['p'] = cudf.Series([v.item()])
return out_df
这个函数将模拟结果返回到一个 cudf GPU 数据模型中，以便在以后将其聚合到一个dask cuda分布式数据模型中。使用Dask在DGX-中运行1600800万次模拟，代码示例如下：
x = dask_cudf.from_delayed([delayed(get_option_price)(T=1.0, K=110.0, B=100.0, S0=120.0, sigma=0.35, mu=0.1, r=0.05, seed=3000+i) for i in range(1600)]) x.mean().compute() x.std().compute()
这种额外的计算能力产生了一个更精确的定价结果18.71。调用std函数计算有800万条路径的定价的标准偏差为0.0073。
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第2部分：基于深度衍生工具的期权定价
在这篇文章的第1部分中，Python被用来实现蒙特卡罗模拟，从而在GPU中有效地为奇异的期权定价。 在量化金融中，低延迟期权定价在生产环境中对管理投资组合风险非常重要。蒙特卡罗模拟，即使在GPU中加速，有时也不够有效。
本文提出了一种利用深度神经网络逼近期权定价的模型，并利用蒙特卡罗模拟生成的数据对其进行训练。结果表明，深度神经网络能够生成准确的定价数据，推理时间数量级更快。
https://arxiv.org/pdf/1809.02233.pdf
受这篇文章的启发，我们在今天的推文中使用了类似的方法来建立一个近似的定价模型，并加快了推理延迟。利用一个高阶可微**函数，证明了该模型可以有效地通过网络反向传递计算期权Greeks。通过使用TensorRT（https://github.com/NVIDIA/TensorRT）对模型进行转换，以提供最快的奇异期权定价速度，进一步提高了推理时间。
神经网络逼近
深度神经网络是一种很好的函数逼近器，在图像处理和自然语言处理中取得了很大的成功。深度神经网络通常具有良好的泛化能力，当神经网络训练了大量的数据时，泛化能力对不可见的数据集非常有效。由于蒙特卡罗模拟可以用来发现期权的准确价格，因此你可以使用它来生成尽可能多的数据点，给定计算预值。
一个有趣的发现来自《Noise2Noise: Learning Image Restoration without Clean Data》这篇论文。其实，讲到因为蒙特卡罗模拟中的噪声是无偏的，在随机梯度训练中可以消除。
https://arxiv.org/pdf/1803.04189.pdf
这一点在《Deeply Learning Derivatives》这篇论文中也得到了证明： 在相同路径数的情况下，模型的预测结果要优于蒙特卡罗模拟的结果。
预测模型体系结构图
上图解释：你生成随机期权参数（X个自变量），将它们输入到GPU的蒙特卡罗模拟中，然后计算出ground truth期权价格（Y个因变量）。然后使用这个生成的大数据集来训练一个深度神经网络，将期权定价作为一个非线性回归问题来学习。
数据生成
在第1部分中我们使用Dask可以轻松地进行分布式计算。在这里，你可以使用Dask以分布式的方式生成一个大数据集：
futures = []
for i in range(0, 100):
future = client.submit(gen_data, 5, 16, i)
futures.append(future)
results = client.gather(futures)
gen_data 函数在单个GPU中运行，生成一组数据点并将它们保存在本地存储中。你可以使用第1部分中描述的任何Python GPU蒙特卡罗模拟方法。此示例代码使用不同的种子数运行 gen_data100次，并将计算分配到多GPU环境中。
将6个期权参数统一采样到下表中指定的范围内：
总的来说，1000万个训练数据点和500万个验证数据点是通过在分布中运行蒙特卡罗模拟产生的。对于每个蒙特卡罗模拟，大家使用819.2万条路径来计算期权价格。如第1部分所示，819.2万条路径在该特定期权参数设置的价格中的标准差为0.0073。
神经网络模型
由于我们没有关于这六个期权参数的结构信息，请选择通用的多层感知器神经网络作为定价模型。如下图：
与《Deeply Learning Derivatives》论文的不同之处在于使用 Elu 作为**函数，计算参数的高阶微分。如果你在原始的论文中使用ReLu，二阶微分总是0。
https://ml-cheatsheet.readthedocs.io/en/latest/activation_functions.html#elu
生成的随机期权参数的范围，输入参数首先通过除以[200.0,198.0,200.0,0.4,0.2,0.2]缩小到(0-1)范围。然后它们被投射到1024的隐藏维度上5次。最后一层是线性层，它将隐藏维度映射到预测的期权价格。下面的代码示例是 PyTorch 中详细的模型实现：
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torch
class Net(nn.Module):
def __init__(self, hidden=1024):
super(Net, self).__init__()
self.fc1 = nn.Linear(6, hidden)
self.fc2 = nn.Linear(hidden, hidden)
self.fc3 = nn.Linear(hidden, hidden)
self.fc4 = nn.Linear(hidden, hidden)
self.fc5 = nn.Linear(hidden, hidden)
self.fc6 = nn.Linear(hidden, 1)
self.register_buffer('norm',
torch.tensor([200.0,
198.0,
200.0,
0.4,
0.2,
0.2]))
def forward(self, x):
# normalize the parameter to range [0-1]
x = x / self.norm
x = F.elu(self.fc1(x))
x = F.elu(self.fc2(x))
x = F.elu(self.fc3(x))
x = F.elu(self.fc4(x))
x = F.elu(self.fc5(x))
return self.fc6(x)
神经网络训练
我们提供了两种方法来训练神经网络，一种是使用Ignite，另一种是使用神经模块（NeMo）。这两个都是高级DL库，可以简化训练模型。实验结果表明，采用混合精度训练和多GPU训练可以有效地提高训练速度。使用 MSELoss 作为损失函数， Adam 作为优化器， CosineAnnealingScheduler 作为学习率调度器。
Greeks和隐含波动率计算
训练收敛后，性能最好的模型保存在本地存储器中。现在你可以加载模型参数，并使用它来运行推断：
checkpoint = torch.load('check_points/512/model_best.pth.tar')
model = Net().cuda()
model.load_state_dict(checkpoint['state_dict'])
inputs = torch.tensor([[110.0, 100.0, 120.0, 0.35, 0.1, 0.05]])
start = time.time()
inputs = inputs.cuda()
result = model(inputs)
end = time.time()
print('result %.4f inference time %.6f' % (result,end- start))
当你输入与第1部分中相同的期权参数（在训练数据集中没有使用）时，该模型将生成正确的期权价格$18.714。最重要的是，与CUDA的蒙特卡罗法26ms的计算时间相比，它只需要 0.8ms ，32倍的加速 。
近似的期权定价模型是完全可微的，这意味着你可以根据输入参数计算任意阶的微分。在金融领域，这被用来计算期权中的 Greeks 。
由于价格评估中存在噪声，用蒙特卡罗模拟法计算Greeks是一项具有挑战性的工作。数值差分法可能存在噪声。然而，在你有了神经网络近似模型之后，利用PyTorch中的自动梯度特性来计算微分。 由于梯度是通过网络的后向传递计算出来的，因此该算法具有较高的计算效率。
下面的代码示例展示了一个计算参数K、B、S0、sigma、mu、r’的一阶微分的示例：
inputs = torch.tensor([[110.0, 100.0, 120.0, 0.35, 0.1, 0.05]]).cuda() inputs.requires_grad = True x = model(inputs) x.backward() first_order_gradient = inputs.grad
对于高阶微分，多次使用PyTorch autograd.grad 方法：
from torch import Tensor from torch.autograd import Variable from torch.autograd import grad from torch import nn inputs = torch.tensor([[110.0, 100.0, 120.0, 0.35, 0.1, 0.05]]).cuda() inputs.requires_grad = True x = model(inputs) loss_grads = grad(x, inputs, create_graph=True) drv = grad(loss_grads[0][0][2], inputs) drv
你可以生成的 delta 和 gamma 的Greek图形作为一个函数的基础价格：
隐含波动率是基于期权报价对标的资产的预测波动率。模型给出的是价格与期权参数的反向映射，用蒙特卡罗模拟法很难做到这一点。但如果你有一个深度学习定价模型，这是一个简单的任务。给定价格P，隐含波动率是函数 compute_price 的根，如下面的代码所示：
def compute_price(sigma):
inputs = torch.tensor([[110.0, 100.0, 120.0, sigma, 0.1, 0.05]]).cuda()
x = model(inputs)
return x.item()
任何数值求根的方法都可以使用，例如 Brent 算法是计算根的有效方法。
TensorRT推理加速
在对深度学习网络进行训练之后，下一步通常是将模型部署到生产环境中。最直接的方法是将PyTorch模型置于推理模式。推理从输入到输出运行一个正向传递。如前所述，它运行得很快，可以在0.8 ms内获得准确的结果。然而，你可以做得更好。
NVIDIA提供了一个强大的推理模型优化工具TensorRT，其中包括一个深度学习推理优化器和runtime，它为深度学习推理应用程序提供低延迟和高吞吐量。
在这篇文章中，TensorRT帮助在T4 GPU上将BERT自然语言理解推理加速到2.2 ms。受此启发，大家可以将训练有素的亚式障碍期权模型转换为TensorRT推理引擎，以获得显著的加速。
准备好TensorRT引擎文件后，可以使用它进行推理工作。
1、加载序列化的引擎文件。
2、分配CUDA设备阵列。
3、异步地将输入从主机复制到设备。
4、启动TensorRT引擎来计算结果。
5、异步地将输出从设备复制到主机。
下面的代码示例使用TensorRT引擎运行推理：
import tensorrt as trt
import time
import numpy as np
import pycuda
import pycuda.driver as cuda
import pycuda.autoinit
TRT_LOGGER = trt.Logger(trt.Logger.WARNING)
with open("opt.engine", "rb") as f, trt.Runtime(TRT_LOGGER) as runtime:
engine = runtime.deserialize_cuda_engine(f.read())
h_input = cuda.pagelocked_empty((1,6,1,1), dtype=np.float32)
h_input[0, 0, 0, 0] = 110.0
h_input[0, 1, 0, 0] = 100.0
h_input[0, 2, 0, 0] = 120.0
h_input[0, 3, 0, 0] = 0.35
h_input[0, 4, 0, 0] = 0.1
h_input[0, 5, 0, 0] = 0.05
h_output = cuda.pagelocked_empty((1,1,1,1), dtype=np.float32)
d_input = cuda.mem_alloc(h_input.nbytes)
d_output = cuda.mem_alloc(h_output.nbytes)
stream = cuda.Stream()
with engine.create_execution_context() as context:
start = time.time()
cuda.memcpy_htod_async(d_input, h_input, stream)
input_shape = (1, 6, 1, 1)
context.set_binding_shape(0, input_shape)
context.execute_async(bindings=[int(d_input), int(d_output)], stream_handle=stream.handle)
cuda.memcpy_dtoh_async(h_output, d_output, stream)
stream.synchronize()
end = time.time()
print('result %.4f inference time %.6f' % (h_output,end- start))
与non-TensorRT方法相比，它可以在四分之一（ 0.2 ms ）的推断时间内生成准确的结果。
5
总结
在第1部分中，我们向大家展示了在CUDA C/ C++中实现蒙特卡罗期权定价的传统方法，但有点复杂，但它具有最佳的绝对性能。使用Python的GPU库，可以用简洁的Python代码行实现完全相同的蒙特卡罗模拟，而不会带来显著的性能损失。
此外，在将模拟代码迁移到Python之后，大家可以使用其他有用的Python库来改进结果。通过使用RAPIDS/Dask，大规模的蒙特卡罗仿真可以很容易地分布在多个节点和多个GPU上，从而获得更高的精度。
在第2部分中，我们再现了论文的结果。展示了使用神经网络逼近奇异期权价格模型的几个好处。它可以将期权价格的计算速度提高35倍，且结果准确。可微神经网络使得期权Greeks的计算变得容易。大家还可以使用TensorRT进一步改进网络推断时间，并实现最优的性能。