AmortizingBondPeriods.java

package org.drip.sample.cashflow;

import org.drip.analytics.cashflow.CompositePeriod;
import org.drip.analytics.date.*;
import org.drip.analytics.output.ConvexityAdjustment;
import org.drip.numerical.common.*;
import org.drip.param.creator.MarketParamsBuilder;
import org.drip.param.market.CurveSurfaceQuoteContainer;
import org.drip.param.valuation.ValuationParams;
import org.drip.product.creator.BondBuilder;
import org.drip.product.credit.BondComponent;
import org.drip.service.env.EnvManager;
import org.drip.service.template.LatentMarketStateBuilder;
import org.drip.state.creator.ScenarioCreditCurveBuilder;
import org.drip.state.credit.CreditCurve;
import org.drip.state.discount.MergedDiscountForwardCurve;
import org.drip.state.govvie.GovvieCurve;

/*
 * -*- mode: java; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4 -*-
 */

/*!
 * Copyright (C) 2020 Lakshmi Krishnamurthy
 * Copyright (C) 2019 Lakshmi Krishnamurthy
 * Copyright (C) 2018 Lakshmi Krishnamurthy
 * Copyright (C) 2017 Lakshmi Krishnamurthy
 * 
 *  This file is part of DROP, an open-source library targeting analytics/risk, transaction cost analytics,
 *      asset liability management analytics, capital, exposure, and margin analytics, valuation adjustment
 *      analytics, and portfolio construction analytics within and across fixed income, credit, commodity,
 *      equity, FX, and structured products. It also includes auxiliary libraries for algorithm support,
 *      numerical analysis, numerical optimization, spline builder, model validation, statistical learning,
 *      and computational support.
 *  
 *      https://lakshmidrip.github.io/DROP/
 *  
 *  DROP is composed of three modules:
 *  
 *  - DROP Product Core - https://lakshmidrip.github.io/DROP-Product-Core/
 *  - DROP Portfolio Core - https://lakshmidrip.github.io/DROP-Portfolio-Core/
 *  - DROP Computational Core - https://lakshmidrip.github.io/DROP-Computational-Core/
 * 
 *  DROP Product Core implements libraries for the following:
 *  - Fixed Income Analytics
 *  - Loan Analytics
 *  - Transaction Cost Analytics
 * 
 *  DROP Portfolio Core implements libraries for the following:
 *  - Asset Allocation Analytics
 *  - Asset Liability Management Analytics
 *  - Capital Estimation Analytics
 *  - Exposure Analytics
 *  - Margin Analytics
 *  - XVA Analytics
 * 
 *  DROP Computational Core implements libraries for the following:
 *  - Algorithm Support
 *  - Computation Support
 *  - Function Analysis
 *  - Model Validation
 *  - Numerical Analysis
 *  - Numerical Optimizer
 *  - Spline Builder
 *  - Statistical Learning
 * 
 *  Documentation for DROP is Spread Over:
 * 
 *  - Main                     => https://lakshmidrip.github.io/DROP/
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 *  - Technical Specifications => https://github.com/lakshmiDRIP/DROP/tree/master/Docs/Internal
 *  - Release Versions         => https://lakshmidrip.github.io/DROP/version.html
 *  - Community Credits        => https://lakshmidrip.github.io/DROP/credits.html
 *  - Issues Catalog           => https://github.com/lakshmiDRIP/DROP/issues
 *  - JUnit                    => https://lakshmidrip.github.io/DROP/junit/index.html
 *  - Jacoco                   => https://lakshmidrip.github.io/DROP/jacoco/index.html
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 */

/**
 * <i>AmortizingBondPeriods</i> demonstrates the Cash Flow Period Details for an Amortizing Fixed Coupon
 * Bond.
 *  
 * <br><br>
 *  <ul>
 *      <li><b>Module </b> = <a href = "https://github.com/lakshmiDRIP/DROP/tree/master/ProductCore.md">Product Core Module</a></li>
 *      <li><b>Library</b> = <a href = "https://github.com/lakshmiDRIP/DROP/tree/master/FixedIncomeAnalyticsLibrary.md">Fixed Income Analytics</a></li>
 *      <li><b>Project</b> = <a href = "https://github.com/lakshmiDRIP/DROP/tree/master/src/main/java/org/drip/sample/README.md">DROP API Construction and Usage</a></li>
 *      <li><b>Package</b> = <a href = "https://github.com/lakshmiDRIP/DROP/tree/master/src/main/java/org/drip/sample/cashflow/README.md">Fixed Income Product Cash Flow Display</a></li>
 *  </ul>
 * <br><br>
 * 
 * @author Lakshmi Krishnamurthy
 */

public class AmortizingBondPeriods {

    private static final MergedDiscountForwardCurve FundingCurve (
        final JulianDate dtSpot,
        final String strCurrency,
        final double dblBump)
        throws Exception
    {
        String[] astrDepositMaturityTenor = new String[] {
            "2D"
        };

        double[] adblDepositQuote = new double[] {
            0.0111956 + dblBump // 2D
        };

        double[] adblFuturesQuote = new double[] {
            0.011375 + dblBump, // 98.8625
            0.013350 + dblBump, // 98.6650
            0.014800 + dblBump, // 98.5200
            0.016450 + dblBump, // 98.3550
            0.017850 + dblBump, // 98.2150
            0.019300 + dblBump  // 98.0700
        };

        String[] astrFixFloatMaturityTenor = new String[] {
            "02Y",
            "03Y",
            "04Y",
            "05Y",
            "06Y",
            "07Y",
            "08Y",
            "09Y",
            "10Y",
            "11Y",
            "12Y",
            "15Y",
            "20Y",
            "25Y",
            "30Y",
            "40Y",
            "50Y"
        };

        double[] adblFixFloatQuote = new double[] {
            0.017029 + dblBump, //  2Y
            0.019354 + dblBump, //  3Y
            0.021044 + dblBump, //  4Y
            0.022291 + dblBump, //  5Y
            0.023240 + dblBump, //  6Y
            0.024025 + dblBump, //  7Y
            0.024683 + dblBump, //  8Y
            0.025243 + dblBump, //  9Y
            0.025720 + dblBump, // 10Y
            0.026130 + dblBump, // 11Y
            0.026495 + dblBump, // 12Y
            0.027230 + dblBump, // 15Y
            0.027855 + dblBump, // 20Y
            0.028025 + dblBump, // 25Y
            0.028028 + dblBump, // 30Y
            0.027902 + dblBump, // 40Y
            0.027655 + dblBump  // 50Y
        };

        return LatentMarketStateBuilder.SmoothFundingCurve (
            dtSpot,
            strCurrency,
            astrDepositMaturityTenor,
            adblDepositQuote,
            "ForwardRate",
            adblFuturesQuote,
            "ForwardRate",
            astrFixFloatMaturityTenor,
            adblFixFloatQuote,
            "SwapRate"
        );
    }

    private static final GovvieCurve GovvieCurve (
        final JulianDate dtSpot,
        final String strCode,
        final double[] adblCoupon,
        final double[] adblYield)
        throws Exception
    {
        JulianDate[] adtEffective = new JulianDate[] {
            dtSpot,
            dtSpot,
            dtSpot,
            dtSpot,
            dtSpot,
            dtSpot,
            dtSpot,
            dtSpot
        };

        JulianDate[] adtMaturity = new JulianDate[] {
            dtSpot.addTenor ("1Y"),
            dtSpot.addTenor ("2Y"),
            dtSpot.addTenor ("3Y"),
            dtSpot.addTenor ("5Y"),
            dtSpot.addTenor ("7Y"),
            dtSpot.addTenor ("10Y"),
            dtSpot.addTenor ("20Y"),
            dtSpot.addTenor ("30Y")
        };

        return LatentMarketStateBuilder.GovvieCurve (
            strCode,
            dtSpot,
            adtEffective,
            adtMaturity,
            adblCoupon,
            adblYield,
            "Yield",
            LatentMarketStateBuilder.SHAPE_PRESERVING
        );
    }

    public static final void main (
        final String[] astrArgs)
        throws Exception
    {
        EnvManager.InitEnv ("");

        JulianDate dtSpot = DateUtil.CreateFromYMD (
            2017,
            DateUtil.MARCH,
            10
        );

        String strCurrency = "USD";
        String strTreasuryCode = "UST";

        double[] adblTreasuryCoupon = new double[] {
            0.0100,
            0.0100,
            0.0125,
            0.0150,
            0.0200,
            0.0225,
            0.0250,
            0.0300
        };

        double[] adblTreasuryYield = new double[] {
            0.0083, //  1Y
            0.0122, //  2Y
            0.0149, //  3Y
            0.0193, //  5Y
            0.0227, //  7Y
            0.0248, // 10Y
            0.0280, // 20Y
            0.0308  // 30Y
        };

        JulianDate dtEffective = DateUtil.CreateFromYMD (2014,  8, 11);
        JulianDate dtMaturity  = DateUtil.CreateFromYMD (2026,  9,  3);
        double dblCoupon = 0.0375;
        int iFreq = 2;
        String strCUSIP = "90932QAA4";
        String strDayCount = "30/360";
        String strCreditCurve = "CC";
        String strDateFactor = "8/11/2014;1;3/3/2016;0.970903241;9/3/2016;0.942322722;3/3/2017;0.913786792;9/3/2017;0.885297621;3/3/2018;0.857293406;9/3/2018;0.829340734;3/3/2019;0.801442245;9/3/2019;0.77360076;3/3/2020;0.7458193;9/3/2020;0.718101103;3/3/2021;0.690449645;9/3/2021;0.66286866;3/3/2022;0.635362168;9/3/2022;0.607934498;3/3/2023;0.580590323;9/3/2023;0.553334692;3/3/2024;0.526173071;9/3/2024;0.499111382;3/3/2025;0.472156058;9/3/2025;0.445314095;3/3/2026;0.418593118";

        BondComponent bond = BondBuilder.CreateSimpleFixed (
            strCUSIP,
            strCurrency,
            strCreditCurve,
            dblCoupon,
            iFreq,
            strDayCount,
            dtEffective,
            dtMaturity,
            Array2D.FromDateFactorVertex (
                strDateFactor,
                dtMaturity.julian()
            ),
            null
        );

        MergedDiscountForwardCurve mdfc = FundingCurve (
            dtSpot,
            strCurrency,
            0.
        ); 

        CreditCurve cc = ScenarioCreditCurveBuilder.FlatHazard (
            dtSpot.julian(),
            strCreditCurve,
            "USD",
            0.01,
            0.4
        );

        CurveSurfaceQuoteContainer csqc = MarketParamsBuilder.Create (
            mdfc,
            GovvieCurve (
                dtSpot,
                strTreasuryCode,
                adblTreasuryCoupon,
                adblTreasuryYield
            ),
            cc,
            null,
            null,
            null,
            null
        );

        ValuationParams valParams = ValuationParams.Spot (dtSpot.julian());

        System.out.println();

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println ("\t||                                      BOND CASH FLOW PERIOD DATES AND FACTORS                                      ||");

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println ("\t||   L -> R:                                                                                                         ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Start Date                                                                                     ||");

        System.out.println ("\t||           - Period End Date                                                                                       ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Pay Date                                                                                       ||");

        System.out.println ("\t||           - Period FX Fixing Date                                                                                 ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Is FX MTM?                                                                                     ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Tenor                                                                                          ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Coupon Frequency                                                                               ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Pay Currency                                                                                   ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Coupon Currency                                                                                ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Basis                                                                                          ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Base Notional                                                                                  ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Notional                                                                                       ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Coupon Factor                                                                                  ||");

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        for (CompositePeriod p : bond.couponPeriods()) {
            int iEndDate = p.endDate();

            System.out.println ("\t|| " +
                DateUtil.YYYYMMDD (p.startDate()) + " => " +
                DateUtil.YYYYMMDD (iEndDate) + " | " +
                DateUtil.YYYYMMDD (p.payDate()) + " | " +
                DateUtil.YYYYMMDD (p.fxFixingDate()) + " | " +
                p.isFXMTM() + " | " +
                p.tenor() + " | " +
                p.freq() + " | " +
                p.payCurrency() + " | " +
                p.couponCurrency() + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (p.basis(), 1, 0, 10000.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (p.baseNotional(), 1, 4, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (bond.notional (iEndDate), 1, 4, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (p.couponFactor (iEndDate), 1, 4, 1.) + " ||"
            );
        }

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println();

        double dblPreviousPeriodNotional = bond.notional (dtEffective.julian());

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println ("\t||                                    PERIOD LABELS AND CURVE FACTORS                                    ||");

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println ("\t||   L -> R:                                                                                             ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Start Date                                                                         ||");

        System.out.println ("\t||           - Period End Date                                                                           ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Credit Label                                                                       ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Funding Label                                                                      ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Coupon Rate (%)                                                                    ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Coupon Year Fraction                                                               ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Coupon Amount                                                                      ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Principal Amount                                                                   ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Discount Factor                                                                    ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Survival Probability                                                               ||");

        System.out.println ("\t||           - Period Recovery                                                                           ||");

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        for (CompositePeriod p : bond.couponPeriods()) {
            int iEndDate = p.endDate();

            int iPayDate = p.payDate();

            int iStartDate = p.startDate();

            double dblCouponRate = bond.couponMetrics (
                iPayDate,
                valParams,
                csqc
            ).rate();

            double dblCouponDCF = p.couponDCF();

            double dblCurrentPeriodNotional = bond.notional (iEndDate);

            System.out.println ("\t|| " +
                DateUtil.YYYYMMDD (iStartDate) + " => " +
                DateUtil.YYYYMMDD (iEndDate) + " | " +
                p.creditLabel().fullyQualifiedName() + " | " +
                p.fundingLabel().fullyQualifiedName() + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (dblCouponRate, 1, 2, 100.) + "% | " +
                FormatUtil.FormatDouble (dblCouponDCF, 1, 4, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (dblCouponRate * dblCouponDCF * dblCurrentPeriodNotional * p.couponFactor (iEndDate), 1, 4, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (dblPreviousPeriodNotional - dblCurrentPeriodNotional, 1, 4, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (p.df (csqc), 1, 4, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (p.survival (csqc), 1, 4, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (p.recovery (csqc), 2, 0, 100.) + "% ||"
            );

            dblPreviousPeriodNotional = dblCurrentPeriodNotional;
        }

        System.out.println ("\t|| " +
            DateUtil.YYYYMMDD (dtEffective.julian()) + " => " +
            DateUtil.YYYYMMDD (dtMaturity.julian()) + " | " +
            bond.creditLabel().fullyQualifiedName() + " | " +
            bond.fundingLabel().fullyQualifiedName() + " | " +
            FormatUtil.FormatDouble (0., 1, 2, 100.) + "% | " +
            FormatUtil.FormatDouble (0., 1, 4, 1.) + " | " +
            FormatUtil.FormatDouble (0., 1, 4, 1.) + " | " +
            FormatUtil.FormatDouble (bond.notional (dtMaturity.julian()), 1, 4, 1.) + " | " +
            FormatUtil.FormatDouble (mdfc.df (dtMaturity), 1, 4, 1.) + " | " +
            FormatUtil.FormatDouble (cc.survival (dtMaturity), 1, 4, 1.) + " | " +
            FormatUtil.FormatDouble (cc.recovery (dtMaturity), 2, 0, 100.) + "% ||"
        );

        System.out.println ("\t||-------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println();

        System.out.println();

        System.out.println ("\t||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println ("\t||                                       CASH FLOW PERIODS CONVEXITY CORRECTION                                       ||");

        System.out.println ("\t||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println ("\t||    L -> R:                                                                                                         ||");

        System.out.println ("\t||            - Collateral Credit Adjustment                                                                          ||");

        System.out.println ("\t||            - Collateral Forward Adjustment                                                                         ||");

        System.out.println ("\t||            - Collateral Funding Adjustment                                                                         ||");

        System.out.println ("\t||            - Collateral FX Adjustment                                                                              ||");

        System.out.println ("\t||            - Credit Forward Adjustment                                                                             ||");

        System.out.println ("\t||            - Credit Funding Adjustment                                                                             ||");

        System.out.println ("\t||            - Credit FX Adjustment                                                                                  ||");

        System.out.println ("\t||            - Forward Funding Adjustment                                                                            ||");

        System.out.println ("\t||            - Forward FX Adjustment                                                                                 ||");

        System.out.println ("\t||            - Funding FX Adjustment                                                                                 ||");

        System.out.println ("\t||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        for (CompositePeriod p : bond.couponPeriods()) {
            ConvexityAdjustment ca = p.terminalConvexityAdjustment (
                dtSpot.julian(),
                csqc
            );

            System.out.println ("\t|| " +
                DateUtil.YYYYMMDD (p.startDate()) + " => " +
                DateUtil.YYYYMMDD (p.endDate()) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.collateralCredit(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.collateralForward(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.collateralFunding(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.collateralFX(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.creditForward(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.creditFunding(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.creditFX(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.forwardFunding(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.forwardFX(), 1, 3, 1.) + " | " +
                FormatUtil.FormatDouble (ca.fundingFX(), 1, 3, 1.) + " ||"
            );
        }

        System.out.println ("\t||--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------||");

        System.out.println();

        EnvManager.TerminateEnv();
    }
}