Decision Tree:决策树用于日内交易策略

在金融市场的快速波动中,投资者常常寻求能够快速反应市场变化的交易策略。传统的日内交易依赖于技术分析,通过固定的规则组合来做出交易决策。然而,这些规则往往需要大量的人工分析,并且可能并不适用于所有股票。本文将介绍一种基于决策树的日内交易策略,该策略能够为每支股票创建独特的交易规则,从而提高交易效率和性能。
1. 日内交易:市场波动的快速反应者
日内交易是一种利用股票价格在交易日内的短期波动来实现盈利的策略。这种策略的关键在于能够快速识别并利用市场的波动,同时管理好交易成本和风险。由于日内交易者不持有股票过夜,因此他们不受隔夜新闻事件的影响,可以专注于市场的日常波动。
日内交易者通常会使用技术分析工具来识别市场趋势和潜在的交易机会。技术分析是一种通过分析历史价格和交易量数据来预测未来市场走势的方法。它基于以下几个假设:市场行为包含一切信息;价格会呈现趋势;历史会重演。通过使用图表、指标和模型,技术分析者能够识别出市场模式,并据此做出交易决策。
2. 决策树:一种新的交易策略工具
尽管技术分析提供了一种系统化的方法来分析市场,但传统的基于规则的交易策略往往存在局限性。这些策略可能需要大量的人工分析,并且可能并不适用于所有股票。此外,固定的规则可能无法适应市场的快速变化。
决策树算法提供了一种替代方案。作为一种监督学习模型,决策树通过递归地将数据集划分为子集,基于输入变量的值来预测输出结果。在金融领域,决策树可以用来识别影响股票价格变动的关键因素,并据此生成买入或卖出的信号。

图片决策树的优势在于其能够处理多种类型的数据,包括数值型和类别型数据。它们能够创建易于理解和解释的规则,这对于希望理解其交易逻辑的交易者来说非常有用。此外,决策树在处理不平衡数据集方面表现出色,这在金融市场中是常见的情况,因为某些事件可能比其他事件更频繁地影响市场。

在构建决策树模型时,我们可以选择不同的标准来衡量节点的不纯度,例如熵、基尼系数或分类误差。这些标准帮助我们确定在每个节点上如何分割数据,以便最有效地将数据分为具有相似输出的子集。基尼系数特别适用于二元分类问题,它衡量的是节点内输出变量分布的不纯度,有助于我们构建更加精确的决策树模型。
通过使用决策树,我们可以为每支股票创建独特的交易规则,这些规则不仅能够适应股票的个体特性,还能够适应市场条件的变化。这种方法为交易者提供了一种更加灵活和个性化的交易策略,有助于提高交易效率和性能。
3. 数据收集
在构建任何量化交易策略之前,数据收集是至关重要的一步。高质量的数据不仅为模型提供了丰富的信息,而且也是确保策略有效性的关键。本文中,数据收集采用了一种混合方法,这种方法结合了两个主要的数据供应商:ICICI Breeze和Yahoo Finance。
数据来源和时间区间
• ICICI Breeze API:作为数据收集的主要来源,ICICI Breeze提供了从2022年到2024年的每分钟间隔的日内交易数据。这种高频数据对于日内交易策略来说至关重要,因为它允许策略在一天内捕捉到更多的交易机会。
• Yahoo Finance API:为了补充ICICI Breeze数据的不足,Yahoo Finance被用来获取调整后的收盘价。这些数据对于回测策略至关重要,因为它们提供了一个基准,用以评估交易策略的表现。
使用的技术指标
在策略构建过程中,作者选择了以下技术指标和统计关系:
特征名称 详细描述
收盘价回报率 衡量股票价格变动的基本指标,反映了股票价格在短期内的变化
15期回报率 观察更中期的价格变化,为模型提供了除了短期视角外的额外信息
14期相对强弱指数(RSI)
一种动量振荡器,用于识别股票的超买或超卖状态
14期平均方向指数(ADX) 衡量趋势强度的指标,帮助识别市场趋势的强弱
14期简单移动平均线(SMA)与收盘价系列的比率 反映了长期价格趋势,并与当前价格水平进行比较
SMA与收盘价之间的相关系数 评估两者之间的线性关系,为模型提供了趋势一致性的度量
14期滚动波动率 衡量市场在特定周期内的波动性
210期滚动波动率 这是15期滚动回报的14期波动率,提供了不同时间尺度上的市场波动性视角
14期滚动成交量加权平均价格(VWAP)与收盘价系列的比率 评估成交量加权的平均价格与实际价格之间的关系
数据处理
在获取数据后,作者进行了以下处理步骤以确保数据的一致性和可用性:
• 数据对齐:确保所有股票具有相同的行数和匹配的索引值,这是为了在不同股票之间进行公平比较。
• 缺失值处理:由于市场条件和数据质量的差异,某些时间戳可能存在缺失值。作者使用线性插值方法填充这些NaN值,以保持数据的连续性。
• 数据划分:将预处理后的数据分为训练集和测试集。训练集覆盖2022年至2023年的数据,而测试集则覆盖2023年至2024年的数据。这种划分允许模型在未知数据上评估其预测性能。
4. 策略构建:选择技术指标
本文的策略构建采用了决策树模型,这是一种监督学习算法,非常适合于分类和回归任务,尤其是在金融领域中的股票交易信号生成。在构建策略的过程中,研究者选择了四种传统的技术指标和五种价格之间的统计关系,总共产生了九个输入变量供决策树模型使用,即上文中所列示的特征。
决策树模型
决策树模型通过递归地将数据集划分为基于输入变量的子集来工作。在树结构中,节点代表输入变量,分支表示这些变量的潜在值,而叶子对应输出变量。分类树是决策树的一种特定类型,常用于金融模型中生成离散的买入和卖出信号。
构建决策树的标准
构建决策树时,可以使用熵、基尼系数或分类误差等标准来衡量节点的不纯度。本文选择了基尼系数,因为它对输出变量分布的敏感性较低,并且能够有效管理不平衡的数据集。此外,基尼系数通常生成较小的树,从而降低了过拟合的风险。

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5. 决策树模型:构建与优化
决策树模型使用Scikit Learn库中的DecisionTreeClassifier模块进行开发。该模块为分类任务提供了决策树的高效且多功能的实现。通过实验,选择了最大深度为四的决策树,以在捕捉足够的复杂性进行准确预测和避免过拟合之间取得平衡。基尼系数作为构建决策树模型的标准,有效地衡量了节点类分布的不纯度,特别适合二元分类任务。
值得注意的是,尽管决策树模型有九个输入,但大多数模型实际上平均使用大约五到七个指标来做出实际决策。这些输入在不同股票之间表现出可变性,表明模型能够适应性地为每支股票选择相关特征。
通过这些步骤,决策树模型能够为每支股票生成独特的交易规则,这些规则不仅基于股票的个体特性,还能够适应市场条件的变化。本文将交易信号(买入为1,卖出为0)作为模型的输出值
import numpy as npimport pandas as pdfrom sklearn.tree import DecisionTreeClassifierfrom sklearn.metrics import sharpe_ratio, annualized_return, max_drawdownfrom vectorbt import signals_to_df, run_backtest## 仅为示例代码## TODO:数据集加载、数据清洗、指标构建、回测# 数据加载def load_data(icici_breeze_api, yahoo_finance_api):    pass# 数据调整和同步def adjust_and_sync_data(icici_data, yahoo_data):    # 根据文章描述,实现数据调整和同步的逻辑    # 包括计算调整因子,重采样等    pass# 技术指标计算def calculate技术指标(data):    # 根据文章中提到的技术指标,计算相应的值    # 包括收盘价回报率、RSI、ADX等    # 此处需要实现具体的技术指标计算逻辑    indicators = {}    # 示例:计算14期SMA    indicators['14_SMA'] = data['Close']rolling(window=14).mean()    pass# 决策树模型训练def train_decision_tree(X, y, max_depth=4, criterion='gini'):    clf = DecisionTreeClassifier(max_depth=max_depth, criterion=criterion)    clf.fit(X, y)    return clf# 策略回测def backtest_strategy(clf, data):    # 使用决策树模型生成交易信号    predictions = clf.predict(data)        # 将信号转换为可回测的格式    signals = signals_to_df(predictions)        # 运行回测    backtest_results = run_backtest(        signals=signals,        prices=data['Close'],        # 此处可以添加交易成本和滑点的参数    )    return backtest_results# 性能评估def evaluate_performance(backtest_results):    # 计算关键绩效指标    sharpe = sharpe_ratio(backtest_results.pnl)    total_return = annualized_return(backtest_results.pnl)    max_dd = max_drawdown(backtest_results.pnl)    # 可以添加更多的性能指标    return sharpe, total_return, max_dd# 主函数def main():    # 加载数据    icici_data, yahoo_data = load_data(icici_breeze_api, yahoo_finance_api)        # 数据调整和同步    adjusted_data = adjust_and_sync_data(icici_data, yahoo_data)        # 计算技术指标    indicators = calculate技术指标(adjusted_data)        # 准备训练数据集    X = indicators  # 特征集    y = adjusted_data['Signal']  # 目标变量,需要根据实际情况定义        # 训练决策树模型    clf = train_decision_tree(X, y)        # 回测策略    backtest_results = backtest_strategy(clf, adjusted_data)        # 评估性能    sharpe, total_return, max_dd = evaluate_performance(backtest_results)        # 打印结果    print(f"Sharpe Ratio: {sharpe}")    print(f"Total Return: {total_return}")    print(f"Max Drawdown: {max_dd}")
6. 回测结果分析
本文使用Python的vectorbt库进行矢量化回测,这一过程涉及模拟执行由决策树模型生成的交易信号。vectorbt库提供了高效的工具,使得交易策略的评估变得快速和便捷。尽管回测中没有明确考虑交易成本和滑点,但买入和卖出信号被向前调整了一个时间步长,以模拟实际交易中的延迟,这增加了回测结果的真实性。
结果分析
本文中,使用了多个KPIs来衡量策略的表现,包括夏普比率、总回报、年化复合增长率(CAGR)、最大回撤、胜率、盈亏比、波动率、以及股票相对于基准表现的百分比(PSBBR和PSBBS)。
可以看到策略在训练和测试数据集上的夏普比率均显著高于基准,表明策略在风险调整后的回报上表现优异。策略在训练数据集上的总回报和CAGR均超过基准,但在测试数据集上,尽管总回报低于基准,CAGR却低于基准,这可能表明市场条件的变化对策略的表现有一定影响。同时策略的胜率接近一半,但略低于基准的盈亏比表明策略在亏损交易上的控制有待提高。
PSBBR和PSBBS:策略在训练数据集上的表现优于基准的比例较高,但在测试数据集上有所下降,这可能表明策略需要进一步优化以适应新的市场条件。

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上图展示了策略和基准的回报,分别在训练和测试数据集上。这些图表显示了策略在不同时间段的表现,以及与简单买入并持有策略相比的优势。

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上图展示了调整波动率后的回报,突出了策略在风险调整后的回报上的优势。

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上图展示了策略的月度回报,这有助于观察策略在不同市场环境下的一致性和稳定性。

从回测结果来看,决策树策略在风险调整后的回报上具有明显优势,尤其是在夏普比率和最大回撤方面的表现。这表明决策树策略在管理风险和提供一致性回报方面更为高效。尽管总回报略低于基准,但考虑到其较低的风险水平,策略的整体表现仍然具有吸引力。
此外,PSBBR和PSBBS的下降表明,尽管策略在训练数据上表现良好,但在测试数据上的表现有所下降。这可能是由于市场条件的变化或其他未被模型捕捉到的因素。然而,这一下降趋势在夏普比率上更为显著,这可能暗示模型在实际应用中需要进一步的调整和优化。
7. 展望
• 模型优化:尽管决策树策略在本文中表现出色,但仍有进一步优化的空间。例如,通过调整树的深度和选择不同的分裂标准,可以提高模型的预测精度和泛化能力。
• 组合策略:未来的研究可以探索如何将决策树策略与其他量化策略相结合,构建更为多元化的投资组合,以提高整体的收益和风险控制。
• 市场条件适应性:研究决策树策略在不同市场环境下的表现,如牛市、熊市或高波动市场,可以帮助交易者更好地理解模型的局限性和适用性。
• 特征扩展:本文仅使用了有限数量的技术指标,未来的研究可以探索更多的技术指标和它们的组合,以发现更有效的交易规则。
• 交易成本和滑点:实际交易中,交易成本和滑点对策略性能有显著影响。未来的研究应考虑这些因素,以评估策略在实际交易环境中的可行性。
• 机器学习技术的融合:将决策树与其他机器学习技术(如神经网络、支持向量机等)结合,可能会产生更为强大的交易模型。
• 实时交易系统的开发:开发能够实时响应市场变化的交易系统,将决策树模型集成到自动化交易中,可以进一步提高交易效率。
 

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