Le but de cette thèse CIFRE est de construire un portefeuille de stratégies de trading algorithmique intraday. Au lieu de considérer les prix comme une fonction du temps et d'un aléa généralement modélisé par un mouvement brownien, notre approche consiste à identifier les principaux signaux auxquels sont sensibles les donneurs d'ordres dans leurs prises de décision puis alors de proposer un modèle de prix afin de construire des stratégies dynamiques d'allocation de portefeuille. Dans une seconde partie plus académique, nous présentons des travaux de pricing d'options européennes et asiatiques. / The aim of this CIFRE thesis is to build a portfolio of intraday algorithmic trading strategies. Instead of considering stock prices as a function of time and a brownian motion, our approach is to identify the main signals affecting market participants when they operate on the market so we can set up a prices model and then build dynamical strategies for portfolio allocation. In a second part, we introduce several works dealing with asian and european option pricing.

Nichtstationarität ist eines der häufigsten, jedoch nach wie vor ungelösten Probleme in der Zeitreihenanalyse und ein immer wiederkehrendes Phänomen, sowohl in theoretischen als auch in angewandten Arbeiten. Die jüngsten Fortschritte in der ökonometrischen Theorie und in Methoden des maschinellen Lernens haben es Forschern ermöglicht, neue Ansätze für empirische Analysen zu entwickeln, von denen einige in dieser Arbeit erörtert werden sollen. Kapitel 3 befasst sich mit der Vorhersage von Mergers & Acquisitions (M&A). Obwohl es keinen Zweifel daran gibt, dass M&A-Aktivitäten im Unternehmenssektor wellenartigen Mustern folgen, gibt es keine einheitlich akzeptierte Definition einer solchen "Mergerwelle" im Zeitreihenkontext. Zur Messung der Fusions- und Übernahmetätigkeit werden häufig Zeitreihenmodelle mit Zähldaten verwendet und Mergerwellen werden dann als Cluster von Zeiträumen mit einer ungewöhnlich hohen Anzahl von solchen Mergers & Acqusitions im Nachhinein definiert. Die Verteilung der Abschlüsse ist jedoch in der Regel nicht normal (von Gaußscher Natur). In jüngster Zeit wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen, die den zeitlich variablen Charakter der M&A-Aktivitäten berücksichtigen, aber immer noch eine a-priori-Auswahl der Parameter erfordern. Wir schlagen vor, die Kombination aus einem lokalem parametrischem Ansatz und Multiplikator-Bootstrap an einen Zähldatenkontext anzupassen, um lokal homogene Intervalle in den Zeitreihen der M&A-Aktivität zu identifizieren. Dies macht eine manuelle Parameterauswahl überflüssig und ermöglicht die Erstellung genauer Prognosen ohne manuelle Eingaben. Kapitel 4 ist eine empirische Studie über Sprünge in Hochfrequenzmärkten für Kryptowährungen. Während Aufmerksamkeit ein Prädiktor für die Preise von Kryptowährungenn ist und Sprünge in Bitcoin-Preisen bekannt sind, wissen wir wenig über ihre Alternativen. Die Untersuchung von hochfrequenten Krypto-Ticks gibt uns die einzigartige Möglichkeit zu bestätigen, dass marktübergreifende Renditen von Kryptowährungenn durch Sprünge in Hochfrequenzdaten getrieben werden, die sich um Black-Swan-Ereignisse gruppieren und den saisonalen Schwankungen von Volatilität und Handelsvolumen ähneln. Regressionen zeigen, dass Sprünge innerhalb des Tages die Renditen am Ende des Tages in Größe und Richtung erheblich beeinflussen. Dies liefert grundlegende Forschungsergebnisse für Krypto-Optionspreismodelle und eröffnet Möglichkeiten, die ökonometrische Theorie weiterzuentwickeln, um die spezifische Marktmikrostruktur von Kryptowährungen besser zu berücksichtigen. In Kapitel 5 wird die zunehmende Verbreitung von Kryptowährungen (Digital Assets / DAs) wie Bitcoin (BTC) erörtert, die den Bedarf an genauen Optionspreismodellen erhöht. Bestehende Methoden werden jedoch der Volatilität der aufkommenden DAs nicht gerecht. Es wurden viele Modelle vorgeschlagen, um der unorthodoxen Marktdynamik und den häufigen Störungen in der Mikrostruktur zu begegnen, die durch die Nicht-Stationarität und die besonderen Statistiken der DA-Märkte verursacht werden. Sie sind jedoch entweder anfällig für den Fluch der Dimensionalität, da zusätzliche Komplexität erforderlich ist, um traditionelle Theorien anzuwenden, oder sie passen sich zu sehr an historische Muster an, die sich möglicherweise nie wiederholen. Stattdessen nutzen wir die jüngsten Fortschritte beim Clustering von Marktregimen (MR) mit dem Implied Stochastic Volatility Model (ISVM) auf einem sehr aktuellen Datensatz, der BTC-Optionen auf der beliebten Handelsplattform Deribit abdeckt. Time-Regime Clustering ist eine temporale Clustering-Methode, die die historische Entwicklung eines Marktes in verschiedene Volatilitätsperioden unter Berücksichtigung der Nicht-Stationarität gruppiert. ISVM kann die Erwartungen der Anleger in jeder der stimmungsgesteuerten Perioden berücksichtigen, indem es implizite Volatilitätsdaten (IV) verwendet. In diesem Kapitel wenden wir diese integrierte Zeitregime-Clustering- und ISVM-Methode (MR-ISVM) auf Hochfrequenzdaten für BTC-Optionen an. Wir zeigen, dass MR-ISVM dazu beiträgt, die Schwierigkeiten durch die komplexe Anpassung an Sprünge in den Merkmalen höherer Ordnung von Optionspreismodellen zu überwinden. Dies ermöglicht es uns, den Markt auf der Grundlage der Erwartungen seiner Teilnehmer auf adaptive Weise zu bewerten und das Verfahren auf einen neuen Datensatz anzuwenden, der bisher unerforschte DA-Dynamiken umfasst. / Nonstationarity is one of the most prevalent, yet unsolved problems in time series analysis and a reoccuring phenomenon both in theoretical, and applied works. Recent advances in econometric theory and machine learning methods have allowed researchers to adpot and develop new approaches for empirical analyses, some of which will be discussed in this thesis. Chapter 3 is about predicting merger & acquisition (M&A) events. While there is no doubt that M&A activity in the corporate sector follows wave-like patterns, there is no uniquely accepted definition of such a "merger wave" in a time series context. Count-data time series models are often employed to measure M&A activity and merger waves are then defined as clusters of periods with an unusually high number of M&A deals retrospectively. However, the distribution of deals is usually not normal (Gaussian). More recently, different approaches that take into account the time-varying nature of M&A activity have been proposed, but still require the a-priori selection of parameters. We propose adapating the combination of the Local Parametric Approach and Multiplier Bootstrap to a count data setup in order to identify locally homogeneous intervals in the time series of M&A activity. This eliminates the need for manual parameter selection and allows for the generation of accurate forecasts without any manual input. Chapter 4 is an empirical study on jumps in high frequency digital asset markets. While attention is a predictor for digital asset prices, and jumps in Bitcoin prices are well-known, we know little about its alternatives. Studying high frequency crypto ticks gives us the unique possibility to confirm that cross market digital asset returns are driven by high frequency jumps clustered around black swan events, resembling volatility and trading volume seasonalities. Regressions show that intra-day jumps significantly influence end of day returns in size and direction. This provides fundamental research for crypto option pricing models and opens up possibilities to evolve econometric theory to better address the specific market microstructure of cryptos. Chapter 5 discusses the increasing adoption of Digital Assets (DAs), such as Bitcoin (BTC), which raises the need for accurate option pricing models. Yet, existing methodologies fail to cope with the volatile nature of the emerging DAs. Many models have been proposed to address the unorthodox market dynamics and frequent disruptions in the microstructure caused by the non-stationarity, and peculiar statistics, in DA markets. However, they are either prone to the curse of dimensionality, as additional complexity is required to employ traditional theories, or they overfit historical patterns that may never repeat. Instead, we leverage recent advances in market regime (MR) clustering with the Implied Stochastic Volatility Model (ISVM) on a very recent dataset covering BTC options on the popular trading platform Deribit. Time-regime clustering is a temporal clustering method, that clusters the historic evolution of a market into different volatility periods accounting for non-stationarity. ISVM can incorporate investor expectations in each of the sentiment-driven periods by using implied volatility (IV) data. In this paper, we apply this integrated time-regime clustering and ISVM method (termed MR-ISVM) to high-frequency data on BTC options. We demonstrate that MR-ISVM contributes to overcome the burden of complex adaption to jumps in higher order characteristics of option pricing models. This allows us to price the market based on the expectations of its participants in an adaptive fashion and put the procedure to action on a new dataset covering previously unexplored DA dynamics.

Chen, Chang, Wen and Lin (2013)提出馬可夫調控跳躍過程模型(MMJDM)描述股價指數報酬率，布朗運動項、跳躍項之頻率與市場狀態有關。然而，利率並非常數，本論文以狀態轉換模型配適零息債劵之動態過程，提出狀態轉換下的利率與具跳躍風險的股票報酬之二維模型(MMJDMSI)，並以1999年至2013年的道瓊工業指數與S&P 500指數和同期間之一年期美國國庫劵價格為實證資料，採用EM演算法取得參數估計值。經由概似比檢定結果顯示無論道瓊工業指數還是S&P 500指數，狀態轉換下利率與跳躍風險之股票報酬二維模型更適合描述報酬率。接著，利用Esscher轉換法推導出各模型下的股價指數之歐式買權定價公式，再對MMJDMSI模型進行敏感度分析以評估模型參數發生變動時對於定價公式的影響。最後，以實證資料對各模型進行模型校準及計算隱含波動度，結果顯示MMJDMSI在價內及價外時定價誤差為最小或次小，且此模型亦能呈現出波動度微笑曲線之現象。 / To model asset return, Chen, Chang, Wen and Lin (2013) proposed Markov-Modulated Jump Diffusion Model (MMJDM) assuming that the Brownian motion term and jump frequency are all related to market states. In fact, the interest rate is not constant, Regime-Switching Model is taken to fit the process of the zero-coupon bond price, and a bivariate model for interest rate and stock index return with regime-switching and dependent jump risks (MMJDMSI) is proposed. The empirical data are Dow Jones Industrial Average and S&P 500 Index from 1999 to 2013, together with US 1-Year Treasury Bond over the same period. Model parameters are estimated by the Expectation-Maximization (EM) algorithm. The likelihood ratio test (LRT) is performed to compare nested models, and MMJDMSI is better than the others. Then, European call option pricing formula under each model is derived via Esscher transformation, and sensitivity analysis is conducted to evaluate changes resulted from different parameter values under the MMJDMSI pricing formula. Finally, model calibrations are performed and implied volatilities are computed under each model empirically. In cases of in-the-money and out-the-money, MMJDMSI has either the smallest or the second smallest pricing error. Also, the implied volatilities from MMJDMSI display a volatility smile curve.

Wir bauen das verallgemeinerte diskrete Modell des zu Grunde liegenden Aktienpreisprozesses, der als eine bessere Annäherung an den Aktienpreisprozess dient als der klassische zufällige Spaziergang. Das verallgemeinerte Multinomial-Modell des Option-Preises in Bezug auf das neue Modell des Aktienpreisprozesses wird erhalten. Das entsprechende asymptotische Verfahren erlaubt, die verallgemeinerte Black-Scholes Formel zu erhalten, die die Formel als einen Begrenzungsfall des verallgemeinerten diskreten Option-Preis Modells bewertet.