基于蒙特卡罗模拟的R&D项目投资决策方法研究

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3.0 李江 2024-09-20 4 4 605.4KB 57 页 150积分

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浙江财经学院硕士学位论文

摘要

本文主要论述了蒙特卡罗模拟方法在 R&D 项目投资决策中的应用问题。

R&D 项目对企业的生存发展和整个经济的进步都有非常重要的影响，但是

R&D 项目具有周期长、投资大、不确定性强和多阶段性等特点，因此对其做出正

确的投资决策相当关键。对 R&D 项目分析后不难发现，它有很明显的期权特性。

实物期权方法可以弥补以 DCF 方法为代表的传统投资决策方法由于忽视其期权特

性而存在的缺陷，它运用期权的思想对 R&D 项目进行估价，很好的迎合了管理柔

性等现实情况。因此，研究 R&D 项目的投资决策问题最终归结为实物期权的定价

问题。

但是实物期权一般多为比较复杂的美式衍生工具类型，因此实物期权的定价

模型很难用解析方法解决，有时甚至是不可能的。这时就要用到数值分析方法。

考虑在对存在多因素影响的模型求解等方面的优势，作者选择蒙特卡罗模拟方法。

同时，作者注意到，虽然蒙特卡罗模拟具有灵活、易实现、收敛速度快和标准差

与维数独立等优点，但是由于本身前向模拟的特点，制约了其在具有后向迭代搜

索特征的美式衍生工具的定价上的应用。研究学者已经针对这个缺点，对标准蒙

特卡罗模拟方法进行改进。本文选用 Longstaff & Schwartz (2001)提出的易理解且

易实现的最小二乘蒙特卡罗模拟方法（LSM）来逼近后向型等式，解决美式衍生

工具最佳执行策略问题，进而用来研究 R&D 项目投资决策问题。

为了论述更加清晰具体，本文选用生物制药行业 R&D 项目——新药研发项目

作为典型案例进行详细分析并估价。着重考虑其存在的放弃期权价值，以 Schwartz

(2004)模型为基础，建立关于新药研发项目成本和自由现金流（FCF）的随机模型，

然后考察放弃期权的最佳执行策略和其他突发事件对项目研发的影响，运用 LSM

决定每个时间点上放弃期权的最佳执行策略。模型的改进主要体现在以下两点：

首先，在估计由于技术等原因造成的突发事件发生的概率时，对于每个阶段采用

不同的 Poisson 概率；其次，在选择无风险利率上也作了改进，运用范龙振(2003)

提出的两因子 Vasicek 利率模型，得出利率期限结构，用于计算项目价值时现金流

的贴现。最后还针对成本和自由现金流的波动率作了敏感性分析，说明 R&D 项目

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的价值随着波动率的增大而增加。这进一步说明了不确定性是有价值的。

虽然在很多细节方面还存在着需要改进的地方，但是本文给出了一个解决新

药研发项目定价问题的模型及其求解方法，对于其他 R&D 项目的估价也有一定的

指导和借鉴作用。在 R&D 项目的作用日趋明显的今天，对其准确的估价就显得尤

为重要，因此本文具有一定的理论意义和现实意义。

关键词：蒙特卡罗模拟；R&D 项目；实物期权；新药研发

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III

ABSTRACT

This paper mainly studys on the application of Monte Carlo simulation in R&D

investment decision-making.

The R&D investment projects are noted for its long life cycle, large investment

cost, high uncertainty and multi-phase. It’s not difficult to find that the R&D investment

has the option characteristic after the analysis. Because of neglecting the option

characteristic, DCF is questioned. ROA (real option approach) which considering the

flexibility of manage uses the idea of option to value the R&D investment project.

Therefore, the question of R&D project investment decision-making finally come down

to the question of pricing real options.

But most of real options are American-style option, so we should use numerical

analysis methods to solve the question of real options pricing. We choose the Monte

Carlo method because it has an advantage when solve the model with several factors.

This paper use the least squares Monte Carlo approach to exploit this representation by

approximately solving the backward recursion equations.

The paper introduces a R&D investment project of pharmaceutical industry as

typical case. The analysis focus on the option of abandon in the project. The model of

cost and free cost flow (FCF) is based on the approach in Schwartz (2004). And then,

we use the least squares Monte Carlo (LSM) approach to approximate the conditional

expected value of continuation to identify the optimal exercise strategy of abandon

option. Different Poisson probabilitys of failure caused by catastrophic events are

considered in different phases. And we use the two-factor Vasicek interest rate model in

Fan Long-zhen (2003), but not the constant free interest rate. At last, we provide

sensitive analysis about volatility, and show that the value of the R&D project increase

when the volatility rises.

Though it needs some improvements in details, the paper provides an approach for

the investment decision of R&D project of pharmaceutical industry. It also gives an

example to R&D projects of other industry. And in recent years, R&D projects become

more and more important, so this paper have theoretical and practical meaning.

Keywords: Monte Carlo simulation; R&D project; real option; new drug R&D

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第一章导论·············································································································· 1

第一节问题的提出 ····························································································· 1

第二节国内外研究文献综述·············································································· 2

第三节本文研究内容框架及创新点·································································· 8

第二章 R&D项目实物期权特性分析及评价模型 ················································· 10

第一节 R&D项目的期权特性 ·········································································· 10

第二节实物期权在 R&D 项目投资决策中的应用分析·································· 13

第三章实物期权的蒙特卡罗模拟方法应用分析 ··················································· 21

第一节蒙特卡罗模拟方法及其在实物期权定价中的应用····························· 21

第二节最小二乘蒙特卡罗模拟方法································································ 24

第三节蒙特卡罗模拟方法的方差减少技术 ···················································· 28

第四章新药研发项目实证分析··············································································· 32

第一节新药研发项目背景资料介绍································································ 32

第二节新药研发项目实物期权识别与模型建立 ············································ 35

第三节利用蒙特卡罗模拟方法求解模型 ························································ 40

第四节模拟结果分析 ······················································································· 47

第五章总结与展望 ·································································································· 48

参考文献······················································································································ 51

致谢······················································································································ 54

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第一章导论

第一节问题的提出

研究与开发（research and development, R&D）项目是企业获得核心竞争力和

经济效益，求得生存和发展的基础，是企业长期发展战略的重要组成部分。随着

当今世界经济和科技的迅速发展，R&D 项目在国民经济增长和国际竞争力提高等

方面的作用也越来越明显，特别是在提高企业竞争力方面的作用更加不能忽视。

但同时，我们必须看到随之而来的资本投资的风险和不确定性也大大增加，这给

投资者在项目决策时出了难题，对资本投资决策分析提出更高的要求。传统的 DCF

（discounted cash flow，贴现现金流）投资决策方法已经开始遭到人们的质疑。在

20 世纪 80 年代初期，出于对传统的 DCF 方法在企业决策与创新管理活动实用性

的怀疑，《哈佛商业评论》发表了一系列文章，对此问题进行了全面反思。众多学

者认为 DCF 项目评价方法所基于的基本架设与企业所面临的现实环境存在着一定

的偏差，特别是对于面临巨大不确定环境的高新技术企业。

为了解决这一问题，近二十年来，实物期权以其独特的思维和价值观念得到

了广泛的关注，以期权定价为基础的实物期权方法，则成为解决企业 R&D 项目投

资决策问题极其重要的手段。

实物期权是从我们熟知的金融期权发展而来的。金融期权是赋予持有者在未

来某一时刻按事先约定的价格买进或卖出某种金融资产的权利的一种合约，相应

地称之为买入（看涨）期权或卖出（看跌）期权。该金融资产被称为标的资产

（underlying asset）。实物期权简单来说就是金融期权在实物领域的扩展。它和金

融期权一样也是一种合约，不同的是，它的标的资产是非金融资产，一般是某投

资项目的价值。而相应的买入和卖出权也变成了投资项目的投资或管理的选择权。

有了实物期权，投资决策者就可以在一定期限内根据标的资产的价值变动，

灵活选择投资方案或管理策略，这样更符合现实生活中的情况，从而更真实的再

现R&D 项目投资的价值，能够为投资者的决策提供更加准确的信息。因此，如何

准确估计实物期权的价值成为了 R&D 项目投资决策的关键。但由于实物期权的形

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式和内容比金融期权复杂的多，如标的资产的非交易性、资产价格分布不遵循几

何布朗运动以及不确定性来源的内生性等，使人们很难直接套用金融期权的定价

方法，或像金融期权那样采用统一的分析方法来解决其定价问题。为此，许多学

者针对实物期权特有的复杂性，进行了定价理论与方法研究，取得了很多成果。

但是实物期权复杂的特性同时带来了定价模型的复杂性，因此人们难以用解析方

法求解模型，需要选择适当的数值方法。数值方法众多，且各有优劣，因此在求

解模型的方法和参数估计方法的选取等方面还没有形成统一的意见，有待进一步

的探索。而且现在国内对于这方面的实物期权应用研究，不论是从理论上还是应

用上都还处于起步阶段，因此要使实物期权在 R&D 项目投资决策上起到更好的作

用，我们必须对实物期权定价进行更多的研究。本文就选择了一种数值方法——

蒙特卡罗模拟方法，重点研究其在 R&D 项目隐含的实物期权定价方面的应用。

第二节国内外研究文献综述

一、国外研究文献综述①

传统的投资项目决策主要采用贴现现金流（DCF）方法，最具代表性的就是

净现值（NPV）法。但是由于这类方法并没有考虑项目未来现金流的不确定性和

项目执行过程中的灵活性，因此 DCF 方法受到了很多学者的质疑，到了上世纪 80

年代，它已经越来越不能适应投资决策的需要了，许多专家提出了不同的分析技

术，如敏感性分析，模拟法和决策树。实物期权分析方法（ROA）就是在这种背

景下应运而生的。

早期的研究可以追溯到上世纪 50 年代，有人指出传统投资决策的 DCF 评价

方法会低估投资机会的实际价值，如 Dean(1951)，Hertz(1964)，Magee(1964)，Hertz

& Magee(1964)，Hayes & Abernathy(1980)等人都提议应用模拟方法及决策树分析

法来考虑投资项目的价值。

Hayes & Garvin(1982)则批评传统 DCF 方法隐含投资过程是可逆的，这将导致

资本投资累计发生系统偏差。他们根据历史统计数据指出：使用传统 DCF 评估方

法的公司比例从 1959 年的 19%增加到 1975 年的 94%，但却使得公司在 R&D 费用

① 国外研究文献综述部分参考：蔚林巍，袁良庆．实物期权在企业R&D项目投资决策中的应用研究．国家自

然科学基金重点项目 70233001 的阶段性成果之一．第 4页-第7页．

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浙江财经学院硕士学位论文I摘要本文主要论述了蒙特卡罗模拟方法在R&D项目投资决策中的应用问题。R&D项目对企业的生存发展和整个经济的进步都有非常重要的影响，但是R&D项目具有周期长、投资大、不确定性强和多阶段性等特点，因此对其做出正确的投资决策相当关键。对R&D项目分析后不难发现，它有很明显的期权特性。实物期权方法可以弥补以DCF方法为代表的传统投资决策方法由于忽视其期权特性而存在的缺陷，它运用期权的思想对R&D项目进行估价，很好的迎合了管理柔性等现实情况。因此，研究R&D项目的投资决策问题最终归结为实物期权的定价问题。但是实物期权一般多为比较复杂的美式衍生工具类型，因此实物期权的定价模型很难...

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