stdsquare²
🎓 Kelas
stdsquare / materi / slides / pertemuan-11
Tema
Japan
Arcade
Dark Retro
Font
‹ Daftar slide Pertemuan 11: Simulasi Monte Carlo untuk Permodelan Risiko
RPS minggu 11 · 2x50 menit

Simulasi Monte Carlo untuk Permodelan Risiko

Permodelan Risiko — Magister Manajemen FEB UNDIP

Peta Pembelajaran Hari Ini

Sub-CPMK 11: merancang dan menjalankan simulasi Monte Carlo untuk estimasi VaR & pricing.

Jam ke-1 (50 menit)
  • Sejarah & filosofi Monte Carlo (Ulam 1946)
  • Tiga langkah: random, transform, aggregate
  • Hitung dari nol: VaR Monte Carlo 1 aset
Jam ke-2 (50 menit)
  • Multi-aset dengan Cholesky decomposition
  • Aplikasi: pricing opsi & op-risk LDA
  • Quasi-MC & variance reduction; persiapan P12
Posisi: P11 teknik fundamental; P12 ERM; P13 governance; P14 integrasi.

Manhattan Project 1946: Lahirnya Monte Carlo

Stanislaw Ulam bermain solitaire di rumah sakit, bertanya berapa peluang menang — solusi: simulasi berulang.

Pencipta
Ulam + von Neumann
Proyek Manhattan, Los Alamos 1946; diberi nama Monte Carlo dari kasino Monaco
Aplikasi Awal
Fisika nuklir
Transport neutron di senjata; tidak dapat dipecahkan analitik
Pertanyaan pemantik: bagaimana mungkin teknik dari fisika nuklir menjadi tulang punggung risiko keuangan modern?
Bagian 1 · 1/4
Tiga Langkah MC
Diskusi kelas: untuk mengestimasi VaR 1 aset, bagaimana cara menggenerate skenario harga masa depan?

Tiga Langkah Dasar Monte Carlo

1. GENERATERandom uniform [0,1]N = 10.000 samplevia PRNG/Mersenne2. TRANSFORMDistribusi targetInverse CDF atau Box-MullerNormal, lognormal, t, dll3. AGGREGATEHitung outcome tiap skenarioSusun distribusi hasilHitung VaR/ES: quantile 95/99%Generate → Transform → Aggregate = Monte Carlo pipeline
Tiga langkah: generate random uniform, transform ke distribusi target, aggregate hasil untuk estimasi statistik.

Menghasilkan Bilangan Acak: PRNG & Mersenne Twister

Random Number Generator adalah pondasi Monte Carlo. Pilihan yang salah dapat menghasilkan estimasi bias.

PRNGPeriodePenggunaan
Linear Congruential (LCG)2^32Sederhana; Excel RAND()
Mersenne Twister (MT19937)2^19937-1Standar Python numpy; default scientific
PCG (Permuted Congruential)2^64+Modern; statistik superior
True Random (hardware)~Atmospheric noise; crypto-grade
PRNG deterministik — "random" adalah ilusi. Untuk crypto/security gunakan true random (CSPRNG).

Transformasi: Inverse CDF & Box-Muller

Dua teknik umum mengubah random uniform menjadi distribusi target.

TeknikFormulaCocok untuk
Inverse CDFX = F⁻¹(U)Distribusi dengan inverse analitik (eksponensial, Cauchy)
Box-MullerZ₁ = √(-2 ln U₁) cos(2π U₂)Normal standar dari 2 uniform
Polar MarsagliaVariasi Box-MullerLebih cepat; tanpa trigonometri
RejectionSample & rejectDistribusi kompleks (beta, gamma)
Box-Muller:   Z₁ = √(-2 ln U₁) · cos(2π U₂)  ;  Z₂ = √(-2 ln U₁) · sin(2π U₂)
Box-Muller menghasilkan 2 normal dari 2 uniform — efisien dan populer di Monte Carlo.

Hitung dari Nol: VaR Monte Carlo 1 Aset

Skenario: Saham harga S₀ = Rp 1.000; return tahunan μ = 10%, σ = 30%. Hitung VaR 95% horizon 1 tahun via Monte Carlo (ilustratif dengan 5 sample).
SampleZ (normal)return = μ + σZS₁ = S₀ × e^return
1-1,65-39,5%Rp 675
2-0,50-5,0%Rp 951
3+0,30+19,0%Rp 1.197
4+1,20+46,0%Rp 1.460
5+2,00+70,0%Rp 1.725
Sort & quantile 5%worst~Rp 675
Kesimpulan (ilustratif 5 sample)
VaR ≈ Rp 325
Dari S₀ Rp 1.000 ke S₁ Rp 675 = loss 32,5%; sample real 10.000+ untuk konvergensi
Bagian 2 · 2/4
Multi-Aset
Diskusi kelas: bagaimana mensimulasikan 2 saham dengan korelasi 0,5? Apakah cukup generate random independen?

Cholesky Decomposition untuk Multi-Aset Berkorelasi

Cholesky decomposition mengurai matriks korelasi menjadi matriks segitiga bawah L sehingga Σ = LL'. Random independen Z dikalikan L menghasilkan random berkorelasi.
Z_corr = L × Z_indep  di mana  Σ = LL'
LangkahOperasi
1. Define correlation matrix ΣΣ = [[1, ρ], [ρ, 1]] untuk 2 aset
2. Cholesky: Σ = LL'L = [[1, 0], [ρ, √(1-ρ²)]]
3. Generate Z₁, Z₂ ~ N(0,1) indepBoks-Muller
4. Multiply Z_corr = L × Z_indep2-vector korelasi ρ
5. Apply drift & vol per asetreturn_i = μᵢ + σᵢ × Z_corr,i
Cholesky adalah kunci simulasi multi-aset — tanpa ini, portofolio simulasi tidak realistis.

Konvergensi & Standard Error Monte Carlo

Estimasi Monte Carlo konvergen sebagai 1/√N — empat kali sample hanya separuh error.

N sampleStandard error (relatif)Waktu komputasi (ilustratif)
1.0003,16%~1 detik
10.0001,00%~10 detik
100.0000,32%~100 detik
1.000.0000,10%~17 menit
10.000.0000,03%~3 jam
Diminishing returns: 10x sample hanya mengurangi error 1/√10 = 0,316x. Trade-off precision vs cost harus eksplisit.

Hitung dari Nol: VaR Portofolio Monte Carlo 2 Aset

Skenario: Portofolio Rp 1.000 juta: 60% saham A (σ=25%), 40% saham B (σ=15%), korelasi 0,4. Estimasi VaR 95% 1 tahun dengan N=10.000 sample (diilustrasikan sebagai langkah logis).
LangkahOperasi
1. Correlation matrixΣ = [[1,0,4], [0,4,1]]
2. Cholesky LL = [[1,0], [0,4, √0,84=0,917]]
3. Generate 10.000 pasangan Z₁, Z₂ indepnumpy.random.randn(10000, 2)
4. Apply L → Z berkorelasi 0,4Z_corr = L @ Z.T
5. Apply drift & vol per asetrA = 0,10 + 0,25 × Z_corr[:,0]
6. Apply bobot & hitung port returnr_p = 0,6 × rA + 0,4 × rB
7. Quantile 5% dari distribusi r_pnp.percentile(r_p, 5) ≈ -22%
Kesimpulan (ilustratif)
VaR ≈ Rp 220 jt
VaR 95% portofolio ≈ -22% × Rp 1.000 juta = Rp 220 juta; angka tepat bervariasi per run

Eksplorasi Interaktif: Simulasi Permintaan Monte Carlo

Geser parameter distribusi untuk merasakan pipeline generate-transform-aggregate Monte Carlo — alat dasar yang sama untuk VaR portofolio.

Bagian 3 · 3/4
Aplikasi MC
Diskusi kelas: untuk pricing opsi vs op-risk LDA, apa perbedaan tantangan Monte Carlo?

Aplikasi 1: Pricing Opsi (Black-Scholes Cross-Check)

Monte Carlo adalah alternatif pricing opsi ketika Black-Scholes tidak dapat dipecahkan analitik (opsi eksotik, path-dependent).

Jenis OpsiBS Analitik?MC Cocok?
European call/putYa (BS 1973)Ya — cross-check BS
American exerciseTidakYa — Longstaff-Schwartz
Asian (avg strike)Tidak (umumnya)Ya — natural
Barrier (knock-in/out)SebagianYa — flexible
Lookback (floating strike)SebagianYa — flexible
Basket (multi-aset)TidakYa — Cholesky
MC pricing adalah standar untuk opsi eksotik; cross-check dengan BS untuk European.

Aplikasi 2: Op-Risk LDA

Loss Distribution Approach untuk op-risk adalah aplikasi Monte Carlo compound distribution.

LangkahDistribusiParameter tipikal
1. Frekuensi NPoissonλ = 50 events/tahun (per kategori)
2. Severity SLognormalμ = 12; σ = 1,5 (Rp juta)
3. Aggregate L = Σ SᵢCompoundCompound Poisson-Lognormal
4. Simulasi 100.000 tahunMC100.000 sample aggregate
5. VaR 99,9% = modalQuantile0,1% tail
Tail aggregate L sangat tebal — VaR 99,9% bisa 5-10× rata-rata annual loss.

Quasi-Monte Carlo & Variance Reduction

Teknik variance reduction mempercepat konvergensi Monte Carlo untuk dimensi tertentu.

TeknikMekanismeManfaat
Antithetic variatesSample Z dan -Z secara berpasanganVariance berkurang untuk estimator simetris
Control variatesPakai variabel dengan nilai knownKorelasi tinggi = pengurangan variance
Importance samplingSample lebih banyak di area pentingUntuk tail event yang jarang
Stratified samplingBagi domain menjadi strataCakupan merata; mengurangi clustering
Quasi-MC (low discrepancy)Sobol, Halton sequencesKonvergensi 1/N (lebih cepat dari 1/√N)
Quasi-MC adalah standar industri untuk pricing derivatif kompleks — konvergensi jauh lebih cepat.
Bagian 4 · 4/4
Persiapan P12
Diskusi kelas: bagaimana Monte Carlo dapat membantu ERM menggabungkan risiko kredit + pasar + operasional menjadi satu distribusi aggregate?

Limitations & Pitfalls Monte Carlo

Monte Carlo powerful tetapi punya limitations — pengguna harus sadar.

PitfallImplikasiMitigasi
Garbage in, garbage outDistribusi input salah → output biasValidasi distribusi; sensitivity analysis
Tail sensitivityQuantile ekstrim tidak reliable dengan N kecilN besar; importance sampling
Correlation assumptionAsumsi normal/correlation breakdown saat krisisCopula dengan tail dependence
Computational costDimensi tinggi atau path panjang → slowVariance reduction; GPU/parallel
False precisionOutput "presisi" menyesatkan jika input uncertainKomunikasi uncertainty eksplisit
Monte Carlo bukan magic — output hanya seakurat input dan model asumsi.

Ringkasan Kunci Pertemuan 11

3 Langkah MC
Generate · Transform · Aggregate
Multi-Aset
Cholesky untuk korelasi
Aplikasi
Pricing · VaR · op-risk LDA

Bawa tiga lensa ini (pipeline · korelasi · aplikasi) sebagai teknik fundamental untuk seluruh permodelan risiko.

Persiapan P12: baca COSO ERM 2017 & ISO 31000; siapkan aggregate capital modeling lintas kelas risiko.