Optimization algorithm for securities settlement

Abstract

The objective of this Master's thesis is to define an optimizing settlement algorithm for a net settlement process of the Helsinki Exchange securities settlement system -HEX Clear. The net settlement process is a designated time net settlement (DNS) procedure which implements the main settlement functionality of HEX Clear. In case of shortages in the securities or cash accounts, the net settlement process tries to maximize the total amount of transferred securities. The phase of the process which implements the actual choice of settled and not settled trades is called the settlement algorithm.

A detailed mathematical model for the settlement algorithm is presented. This model shows that the settlement algorithm can be formulated as a mixed integer linear programming problem. However, results from the theory of computational complexity implies that exact integer programming algorithms cannot be meaningfully applied to the settlement algorithm.

Instead a computationally efficient heuristic settlement algorithm is designed and implemented. Different variants of heuristic settlement algorithms are analysed qualitatively through methods of algorithm analysis and tested with actual trading data. The results of analysis are evaluated against present design and evaluation criteria.

The settlement algorithm in the HEXClear settlement system released in November 2003 was implemented according to the specification presented in this Master's thesis.

Diplomityön tavoitteena on määritellä Helsingin pörssin HEXClear-osakeselvitysjärjestelmän nettoselvitysprosessin optimoivan selvitysalgoritmin toiminnallisuus. Nettoselvitysprosessi toteuttaa HEXClear-selvitysjärjestelmän pääasiallisen eräajotyyppisen nettouttavan (DNS) selvitysmenetelmän. Tilanteessa, jossa kaikkia kauppoja ei voida selvitysjärjestelmässä selvittää joko omaisuus- tai rahapuutteiden takia, nettoselvitysprosessi pyrkii optimoimaan kokonaisuudessaan selviävien kauppojen arvo-osuuksien lukumäärää. Selvitysprosessin vaihetta, jossa selvitettävien kauppojen valinta suoritetaan, kutsutaan selvitysalgoritmiksi.

Diplomityössä esitetään matemaattinen malli selvitysalgoritmille sekä kuvataan, kuinka algoritmi voidaan muotoilla lineaarisena sekalukuoptimointitehtävänä. Laskennallisen kompleksisuuden teorian perusteella osoitetaan, että osakeselvitysjärjestelmässä ei voida mielekkäästi soveltaa lineaarisen optimoinnin eksakteja algoritmeja.

Työssä määritellään ja implementoidaan selvitysalgoritmiksi soveltuva laskennallisesti tehokas polynomiaikainen heuristinen algoritmi. Heuristisen selvitysalgoritmin eri toteutusvaihtoehtoja analysoidaan kvalitatiivisesti algoritmianalyysin keinoin ja niitä testataan todellisella kauppa-aineistolla. Analyysin tuloksia verrataan selvitysalgoritmin ominaisuuksille asetettuihin suunnittelu- ja valintakriteereihin.

Marraskuussa 2003 tuotantokäyttöön otettuun HEXClear-selvitysjärjestelmään selvitysalgoritmi toteutettiin tässä työssä esitetyn määrittelyn mukaisesti.