feat(期权定价): 提交 CUDA 蒙特卡洛定价项目

05_option_pricing/涂家俊/.clang-format

@@ -0,0 +1,3 @@
+BasedOnStyle: LLVM
+IndentWidth: 4
+ContinuationIndentWidth: 4

05_option_pricing/涂家俊/.gitignore

@@ -0,0 +1,60 @@
+# CMake build directories (including build-* / cmake-build-* at any level)
+/build/
+build-*/
+/out/
+cmake-build-*/
+
+# CMake generated files
+CMakeCache.txt
+CMakeFiles/
+cmake_install.cmake
+CTestTestfile.cmake
+Makefile
+compile_commands.json
+install_manifest.txt
+
+# Compiled binaries and CUDA artifacts
+*.a
+*.dll
+*.exe
+*.exp
+*.ilk
+*.lib
+*.obj
+*.o
+*.pdb
+*.ptx
+*.cubin
+*.fatbin
+
+# IDE and editor settings
+.vs/
+.vscode/
+.idea/
+*.suo
+*.user
+*.userosscache
+*.sln.docstates
+
+# Generated experiment and profiling output
+/results/*
+!/results/.gitkeep
+*.nsys-rep
+*.ncu-rep
+*.sqlite
+
+# Temporary files
+*.log
+*.tmp
+*.py[cod]
+__pycache__/
+*.swp
+*~
+.DS_Store
+Thumbs.db
+
+# Agent-managed isolated workspaces
+/.worktrees/
+/.superpowers/
+
+/.workbuddy

05_option_pricing/涂家俊/CMakeLists.txt

@@ -0,0 +1,107 @@
+# 配置 CUDA 定价器的构建目标、可选分析能力和自动化测试。
+cmake_minimum_required(VERSION 3.24)
+
+project(cuda_pricer LANGUAGES CXX CUDA)
+
+# CUDA Toolkit 提供运行时、cuRAND 和 CUB。
+find_package(CUDAToolkit REQUIRED)
+
+if(NOT DEFINED CMAKE_CUDA_ARCHITECTURES OR CMAKE_CUDA_ARCHITECTURES STREQUAL "")
+    message(FATAL_ERROR "Set CMAKE_CUDA_ARCHITECTURES to the target GPU architecture.")
+endif()
+
+# 将分析能力和性能模式显式设为独立开关。
+option(PRICER_ENABLE_NVTX "Enable NVTX performance markers" OFF)
+option(PRICER_ENABLE_FAST_MATH "Enable CUDA fast math" OFF)
+
+# 固定第三方库版本，保证干净环境能重复配置。
+include(FetchContent)
+
+FetchContent_Declare(
+    nlohmann_json
+    GIT_REPOSITORY https://github.com/nlohmann/json.git
+    GIT_TAG v3.11.3
+    GIT_SHALLOW TRUE
+)
+FetchContent_MakeAvailable(nlohmann_json)
+
+# 与设备无关的金融模型、配置、统计和输出代码。
+add_library(pricer_core STATIC
+    src/black_scholes.cpp
+    src/config.cpp
+    src/cpu_pricer.cpp
+    src/measurement.cpp
+    src/output.cpp
+    src/payoff.cpp
+    src/statistics.cpp
+    src/version.cpp
+)
+add_library(pricer::core ALIAS pricer_core)
+target_compile_features(pricer_core PUBLIC cxx_std_17)
+target_include_directories(pricer_core
+    PUBLIC
+        $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>
+)
+target_link_libraries(pricer_core PUBLIC nlohmann_json::nlohmann_json)
+
+# 单独构建设备端后端，避免 CPU 测试依赖 CUDA 内核实现细节。
+add_library(pricer_cuda_backend STATIC src/cuda_backend.cu)
+add_library(pricer::cuda_backend ALIAS pricer_cuda_backend)
+target_compile_features(pricer_cuda_backend PUBLIC cxx_std_17)
+target_include_directories(pricer_cuda_backend
+    PUBLIC
+        $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>
+)
+target_link_libraries(pricer_cuda_backend PUBLIC pricer::core CUDA::cudart)
+if(MSVC)
+    target_compile_options(pricer_cuda_backend PRIVATE
+        $<$<COMPILE_LANGUAGE:CUDA>:-Xcompiler=/Zc:preprocessor>
+    )
+endif()
+set_target_properties(pricer_cuda_backend PROPERTIES CUDA_SEPARABLE_COMPILATION ON)
+
+# 快速数学只用于明确请求的性能实验，不能作为正确性默认值。
+if(PRICER_ENABLE_FAST_MATH)
+    target_compile_options(pricer_cuda_backend PRIVATE
+        $<$<COMPILE_LANGUAGE:CUDA>:--use_fast_math>
+    )
+endif()
+
+# NVTX 标记仅为剖析提供时间线语义，常规构建不依赖它。
+if(PRICER_ENABLE_NVTX)
+    set(PRICER_NVTX_INCLUDE_DIR "" CACHE PATH
+        "Directory containing nvtx3/nvToolsExt.h")
+    if(NOT PRICER_NVTX_INCLUDE_DIR)
+        unset(PRICER_NVTX_INCLUDE_DIR CACHE)
+        find_path(PRICER_NVTX_INCLUDE_DIR nvtx3/nvToolsExt.h
+            HINTS ${CUDAToolkit_INCLUDE_DIRS} "$ENV{NVTX_PATH}"
+            PATH_SUFFIXES include)
+    endif()
+    if(NOT PRICER_NVTX_INCLUDE_DIR)
+        message(FATAL_ERROR
+            "PRICER_ENABLE_NVTX requires nvtx3/nvToolsExt.h; set PRICER_NVTX_INCLUDE_DIR.")
+    endif()
+    target_compile_definitions(pricer_cuda_backend PRIVATE PRICER_ENABLE_NVTX=1)
+    target_include_directories(pricer_cuda_backend PRIVATE
+        "${PRICER_NVTX_INCLUDE_DIR}")
+    target_link_libraries(pricer_cuda_backend PRIVATE CUDA::nvtx3)
+endif()
+
+# CLI 负责把配置、定价后端和文件输出串成完整一次运行。
+add_executable(pricer_cli src/main.cpp)
+target_compile_features(pricer_cli PRIVATE cxx_std_17)
+target_link_libraries(pricer_cli PRIVATE pricer::core pricer::cuda_backend)
+execute_process(
+    COMMAND git rev-parse --short HEAD
+    WORKING_DIRECTORY ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}
+    OUTPUT_VARIABLE PRICER_GIT_COMMIT
+    OUTPUT_STRIP_TRAILING_WHITESPACE
+    ERROR_QUIET
+)
+if(PRICER_GIT_COMMIT STREQUAL "")
+    set(PRICER_GIT_COMMIT "unknown")
+endif()
+target_compile_definitions(pricer_cli PRIVATE
+    PRICER_BUILD_TYPE="$<CONFIG>"
+    PRICER_GIT_COMMIT="${PRICER_GIT_COMMIT}"
+)

05_option_pricing/涂家俊/README.md

@@ -0,0 +1,149 @@
+# CUDA 金融衍生品定价器
+
+这是一个使用 C++17 和 CUDA C++ 实现的蒙特卡洛定价命令行项目。它以 CPU 单线程实现作为基线，并提供 GPU 加速路径，用于定价欧式看涨期权和离散算术平均亚式看涨期权。
+
+项目不是无参数可执行程序：运行 `pricer_cli` 时必须同时提供期权配置和模拟配置。下面的命令可从克隆仓库开始完成配置、构建、测试与一次实际定价。
+
+## 功能范围
+
+- 欧式看涨与离散算术平均亚式看涨期权；
+- Black-Scholes 欧式看涨解析参考价；
+- CPU 单线程蒙特卡洛基线；
+- CUDA 蒙特卡洛路径，使用 cuRAND Philox 和 CUB 归约；
+- FP32 / FP64 GPU 路径、FP64 统计量、标准误与 95% 置信区间；
+- 每次运行输出 JSON 结果，并向性能 CSV 追加记录。
+
+## 环境要求
+
+- CMake 3.24 或更高版本；
+- 支持 C++17 的主机编译器；
+- CUDA Toolkit 12.x（含 cuRAND 与 CUB）及可用的 NVIDIA GPU；
+- Ninja；
+- 配置阶段能访问 GitHub：CMake 会获取固定版本的 nlohmann/json 3.11.3。
+
+构建前需要按实际显卡指定 `CMAKE_CUDA_ARCHITECTURES`。例如，RTX 4060 Laptop 的计算能力为 8.9，对应 CMake 值 `89`。Linux/WSL 中可先查看：
+
+```bash
+nvidia-smi --query-gpu=compute_cap --format=csv,noheader
+```
+
+去掉小数点后填入构建命令；例如 `8.6` 使用 `86`，`8.9` 使用 `89`。
+
+## 构建
+
+以下命令适用于 Linux 和 WSL。Windows 请在已初始化 MSVC 与 CUDA Toolkit 的开发者终端中执行同样的 CMake 命令；若使用 Ninja，Windows 可执行文件扩展名为 `.exe`。
+
+```bash
+cmake -S . -B build -G Ninja \
+  -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \
+  -DCMAKE_CUDA_ARCHITECTURES=89
+
+cmake --build build -j
+```
+
+`89` 只是 RTX 4060 Laptop 的示例，不应照搬到其他显卡。正确性构建默认关闭 `PRICER_ENABLE_FAST_MATH`；性能测量也应使用 Release 构建。
+
+## 运行定价器
+
+先查看本机构建产物支持的参数：
+
+```bash
+./build/pricer_cli --help
+```
+
+运行欧式看涨期权，并同时执行 CPU 与 GPU 后端：
+
+```bash
+./build/pricer_cli \
+  --option configs/option_european_call.ini \
+  --simulation configs/simulation.ini \
+  --output-dir results/european \
+  --backend both \
+  --repetitions 1
+```
+
+运行亚式看涨期权：
+
+```bash
+./build/pricer_cli \
+  --option configs/option_asian_call.ini \
+  --simulation configs/simulation.ini \
+  --output-dir results/asian \
+  --backend both \
+  --repetitions 1
+```
+
+Windows + Ninja 时将可执行文件写为 `build\\pricer_cli.exe`，路径分隔符可使用 `\\`。若使用 Visual Studio 多配置生成器，则通常从 `build\\Release\\pricer_cli.exe` 启动。
+
+`configs/simulation.ini` 默认配置为 1,000 万条路径、256 个时间步，适合作为完整实验输入，运行时间可能较长。需要快速调试时，请复制该文件到新的 INI，再降低 `num_paths` 与 `num_steps`；不要改写仓库提供的示例配置。
+
+### 常用 CLI 参数
+
+| 参数 | 说明 |
+| --- | --- |
+| `--option <path>` | 必填。欧式或亚式期权 INI 文件。 |
+| `--simulation <path>` | 必填。路径数、步数、随机数、精度、block size 等模拟 INI 文件。 |
+| `--output-dir <path>` | 输出目录，默认是 `results`。 |
+| `--backend <cpu|gpu|both>` | 选择 CPU、GPU 或同时运行两者，默认 `both`。 |
+| `--device <id>` | CUDA 设备编号，默认 `0`。 |
+| `--warmup <n>` | GPU 非计量预热次数，默认 `1`。 |
+| `--repetitions <n>` | 正式计量重复次数，默认 `1`。 |
+
+## 配置与输出
+
+`configs/` 中提供两类配置：
+
+- `option_european_call.ini` 与 `option_asian_call.ini`：期权类型、现价、行权价、利率、波动率和到期时间；
+- `simulation.ini`：FP32 GPU 默认实验配置；
+- `simulation_fp64.ini`：FP64 GPU 配置，适合与 CPU FP64 基线进行同精度性能对比。
+
+每个后端会在输出目录写入一份：
+
+```text
+<timestamp>-<option_type>-<backend>-result.json
+```
+
+性能数据会追加到同目录的 `performance.csv`。JSON 中价格、标准误、置信区间、运行时间和环境信息使用结构化字段记录；不可用统计值以 `null` 表示。
+
+CPU 与 GPU 使用不同随机序列，验证时应比较统计一致性，而不是比较逐路径结果。性能结论应使用 CPU 与 GPU 的 `total_runtime_ms`，不要将 CPU 总时间与 GPU `compute_runtime_ms` 混用。
+
+## 项目结构
+
+```text
+include/pricer/  公共 C++ 接口
+src/             CPU、CUDA、CLI、统计与输出实现
+configs/         示例期权与模拟 INI
+results/         运行生成的 JSON、CSV 与实验产物（默认不提交）
+```
+
+## 常见问题
+
+### CMake 提示未设置 CUDA 架构
+
+本项目要求显式传入 `CMAKE_CUDA_ARCHITECTURES`。确认 GPU 的计算能力后重新配置，例如：
+
+```bash
+cmake -S . -B build -G Ninja \
+  -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \
+  -DCMAKE_CUDA_ARCHITECTURES=89
+```
+
+不要复用由其他操作系统、其他 CUDA 版本或其他 GPU 生成的 CMake 缓存。
+
+### FetchContent 下载依赖失败
+
+检查 GitHub 网络与 Git 是否可用后重新配置。若所在环境已经有固定版本的依赖源码，也可以显式指定它们，避免 CMake 联网下载：
+
+```bash
+cmake -S . -B build -G Ninja \
+  -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \
+  -DCMAKE_CUDA_ARCHITECTURES=89 \
+  -DFETCHCONTENT_SOURCE_DIR_NLOHMANN_JSON=/path/to/nlohmann_json \
+  -DFETCHCONTENT_SOURCE_DIR_GOOGLETEST=/path/to/googletest
+```
+
+这些目录必须分别包含对应依赖的顶层 `CMakeLists.txt`。不要将下载缓存、`_deps` 或构建目录提交到仓库。
+
+### 无参数运行 `pricer_cli` 报错
+
+这是预期行为。`--option` 与 `--simulation` 都是必填参数；请使用“运行定价器”章节中的完整命令。

05_option_pricing/涂家俊/configs/option_asian_call.ini

@@ -0,0 +1,6 @@
+option_type = asian_call
+spot = 100.0
+strike = 100.0
+risk_free_rate = 0.03
+volatility = 0.2
+maturity = 1.0

05_option_pricing/涂家俊/configs/option_european_call.ini

@@ -0,0 +1,6 @@
+option_type = european_call
+spot = 100.0
+strike = 100.0
+risk_free_rate = 0.03
+volatility = 0.2
+maturity = 1.0

05_option_pricing/涂家俊/configs/simulation.ini

@@ -0,0 +1,8 @@
+num_paths = 10000000
+num_steps = 256
+seed = 1234
+rng = curand_philox
+variance_reduction = none
+precision = fp32
+block_size = 256
+batch_size = 0

05_option_pricing/涂家俊/configs/simulation_fp64.ini

@@ -0,0 +1,8 @@
+num_paths = 10000000
+num_steps = 256
+seed = 1234
+rng = curand_philox
+variance_reduction = none
+precision = fp64
+block_size = 256
+batch_size = 0

05_option_pricing/涂家俊/include/pricer/black_scholes.hpp

@@ -0,0 +1,12 @@
+#pragma once
+
+// 提供欧式看涨期权的 Black-Scholes 解析参考值。
+
+#include "pricer/config.hpp"
+
+namespace pricer {
+
+// 返回欧式看涨的解析价格，用于校验蒙特卡洛估计。
+double black_scholes_call(const OptionParams &option);
+
+} // namespace pricer