分散化市场中性投资组合的机器学习分析

译自英文。以英文原文为准。 阅读英文版

投资组合

投资组合构成:

  • 共 149 个资产,可归入 4 个板块
  • 板块细分:
    • 农产品 & 畜牧:53
    • 金属:23
    • 石油:60
    • 电力 & 天然气:13
  • 每个资产有两个数据集(1 个用于买入,1 个用于卖出)
  • 信号类别:不平衡(< 0.30)与平衡(>= 0.30)
    • 在所有板块中,大多数数据集均不平衡。
    • 即便在买入与卖出信号数据集之间,信号不平衡的分布也保持一致

分析方法

  • 针对每个资产数据集,我们对 6 种算法进行了建模和超参数调优,并以 0.5 作为正类预测的默认阈值。
  • 模型类型:
    • 极端梯度提升(XGBoost)
    • LightGBM(LGBM)
    • CatBoost(CAT)
    • 随机森林(RF)
    • 极端随机树(ET)
    • 决策树(DT)
  • 指标:
    • 最小化假阳性(FP)
    • 最小化假阴性(FN)
  • 我们着重以加权平均值对各模型进行排名:
    • 最小化假阳性的排名权重为 2 个单位
    • 最小化假阴性的排名权重为 1 个单位
  • 鉴于每个数据集的二元信号分布各不相同,我们针对每个数据集使用这两项指标对所有模型进行排名。
  • 对于每一种板块-信号类型组合,我们计算相应数据集的平均加权排名,并据此确定模型的最终排名。

多头方面的观察

总体观察:

  • CAT 在全部 4 个板块中均位列前 3 名:
    • 农产品 & 畜牧(第 2 名)
    • 金属(第 1 名)
    • 石油(第 3 名)
    • 电力 & 天然气(第 1 名)
  • RF 和 LGBM 在 3 个板块中位列前 3 名:
    • RF:
      • 农产品 & 畜牧(第 1 名)
      • 石油(第 2 名)
      • 电力 & 天然气(第 2 名)
    • LGBM:
      • 农产品 & 畜牧(第 3 名)
      • 金属(第 3 名)
      • 电力 & 天然气(第 3 名)
  • XGB 和 DT 在预测上往往更为激进,在最小化 FN 方面表现更好。但由于最小化 FP 的权重更高,二者的整体加权排名较差。
    • 详细结果见下一页
板块模型最终排名加权平均排名
农产品 & 畜牧RF12.9057
CAT23.2925
LGBM33.5031
ET43.6101
XGB53.6258
DT64.0629
金属CAT13.0797
ET23.0870
LGBM33.4855
XGB43.6377
RF53.6957
DT64.0145
石油ET13.3079
RF23.3139
CAT33.3194
LGBM43.5667
XGB53.6750
DT63.7722
电力 & 天然气CAT12.7949
RF23.0513
LGBM33.5000
ET43.7692
XGB53.8333
DT64.0513

多头配置(详细排名结果)

板块模型最终排名加权平均排名假阳性排名假阳性排名权重假阳性加权排名假阴性排名假阴性排名权重假阴性加权排名
农产品 & 畜牧RF12.90571.81132075523.62265.09433962315.0943
CAT23.29252.53773584925.07554.80188679214.8019
LGBM33.50313.71698113227.43403.07547169813.0755
ET43.61013.77358490627.54723.28301886813.2830
XGB53.62583.93396226427.86793.00943396213.0094
DT64.06295.226415094210.45281.73584905711.7358
金属CAT13.07972.65217391325.30433.93478260913.9348
ET23.08702.17391304324.34784.91304347814.9130
LGBM33.48553.82608695727.65222.80434782612.8043
XGB43.63773.95652173927.9130313.0000
RF53.69573.13043478326.26094.82608695714.8261
DT64.01455.260869565210.52171.5217391311.5217
石油ET13.30792.49152542424.98314.94067796614.9407
RF23.31392.90833333325.81674.12514.1250
CAT33.31942.91666666725.83334.12514.1250
LGBM43.56673.85833333327.71672.98333333312.9833
XGB53.67504.31666666728.63332.39166666712.3917
DT63.77224.4528.90002.41666666712.4167
电力 & 天然气CAT12.79491.53846153823.07695.30769230815.3077
RF23.05132.15384615424.30774.84615384614.8462
LGBM33.50003.46153846226.92313.57692307713.5769
ET43.76924.38461538528.76922.53846153812.5385
XGB53.83334.23076923128.46153.03846153813.0385
DT64.05135.230769231210.46151.69230769211.6923

空头方面的观察

总体观察:

  • RF & CAT 在全部 4 个板块中均位列前 3 名:
    • RF:
      • 农产品 & 畜牧(第 1 名)
      • 金属(第 2 名)
      • 石油(第 2 名)
      • 电力 & 天然气(第 2 名)
    • CAT:
      • 农产品 & 畜牧(第 3 名)
      • 金属(第 3 名)
      • 石油(第 3 名)
      • 电力 & 天然气(第 3 名)
  • ET 在 3 个板块中位列前 3 名。但我们注意到,ET 在预测任何正类信号时往往相对保守。这与我们注重最小化假阳性的目标相符,但也意味着其正类信号稀少/不足。
    • 农产品 & 畜牧(第 3 名)
    • 金属(第 1 名)
    • 石油(第 1 名)
  • LGBM 在 3 个板块中均稳定排名第 4(刚好位于前 3 名之外),仅在电力 & 天然气板块排名第 3。
  • XGB 和 DT 在预测上往往更为激进,在最小化 FN 方面表现更好。但由于最小化 FP 的权重更高,二者的整体加权排名较差。
    • 详细结果见下一页
板块模型最终排名加权平均排名
农产品 & 畜牧RF12.9937
CAT23.1698
ET33.3805
LGBM43.5881
XGB53.7170
DT64.1509
金属ET12.6667
RF22.9855
CAT33.3478
LGBM43.6812
XGB54.0000
DT64.3188
石油ET12.6667
RF22.9889
CAT33.3611
LGBM43.6861
XGB54.0750
DT64.1667
电力 & 天然气RF12.6410
CAT23.2821
LGBM33.4615
XGB43.5641
ET53.9487
DT64.1026

空头配置(详细排名结果)

板块模型最终排名加权平均排名假阳性排名假阳性排名权重假阳性加权排名假阴性排名假阴性排名权重假阴性加权排名
农产品 & 畜牧RF12.99371.943423.88685.094315.0943
CAT23.16982.462324.92454.584914.5849
ET33.38053.047226.09434.047214.0472
LGBM43.58813.905727.81132.952812.9528
XGB53.71704.132128.26422.886812.8868
DT64.15095.5094211.01891.434011.4340
金属ET12.66671.000022.00006.000016.0000
RF22.98552.000024.00004.956514.9565
CAT33.34783.130426.26093.782613.7826
LGBM43.68123.913027.82613.217413.2174
XGB54.00005.0000210.00002.000012.0000
DT64.31885.9565211.91301.043511.0435
石油ET12.66671.000022.00006.000016.0000
RF22.98892.000024.00004.966714.9667
CAT33.36113.100026.20003.883313.8833
LGBM43.68614.183328.36672.691712.6917
XGB54.07505.0833210.16672.058312.0583
DT64.16675.5500211.10001.400011.4000
电力 & 天然气RF12.64101.307722.615385.3076915.3077
CAT23.28212.307724.615385.2307715.2308
LGBM33.46153.538527.076923.3076913.3077
XGB43.56413.769227.538463.1538513.1538
ET53.94874.846229.692312.1538512.1538
DT64.10265.2308210.46151.8461511.8462

结论

  • 我们的排名主要基于两项核心指标,并采用加权排名:
    • 最小化假阳性(2 个排名单位)
    • 最小化假阴性(1 个排名单位)
  • 根据该排名流程,总体而言,没有任何一种模型算法能够始终优于其他算法。
  • 不过,CAT、RF 和 LGBM 的表现往往优于其他模型
  • XGBoost 和 DT 在预测上往往更为激进。这往往能最小化 FN,但更有可能增加 FP。
  • 我们观察到 ET 本质上过于“保守”。虽然它在最小化 FP 方面可能排名高于其他模型,但并未产生足够的正类信号。
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