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

- 在所有板块中,大多数数据集均不平衡。
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)
- RF:
- 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 | RF | 1 | 2.9057 |
| CAT | 2 | 3.2925 | |
| LGBM | 3 | 3.5031 | |
| ET | 4 | 3.6101 | |
| XGB | 5 | 3.6258 | |
| DT | 6 | 4.0629 | |
| 金属 | CAT | 1 | 3.0797 |
| ET | 2 | 3.0870 | |
| LGBM | 3 | 3.4855 | |
| XGB | 4 | 3.6377 | |
| RF | 5 | 3.6957 | |
| DT | 6 | 4.0145 | |
| 石油 | ET | 1 | 3.3079 |
| RF | 2 | 3.3139 | |
| CAT | 3 | 3.3194 | |
| LGBM | 4 | 3.5667 | |
| XGB | 5 | 3.6750 | |
| DT | 6 | 3.7722 | |
| 电力 & 天然气 | CAT | 1 | 2.7949 |
| RF | 2 | 3.0513 | |
| LGBM | 3 | 3.5000 | |
| ET | 4 | 3.7692 | |
| XGB | 5 | 3.8333 | |
| DT | 6 | 4.0513 |
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 | RF | 1 | 2.9057 | 1.811320755 | 2 | 3.6226 | 5.094339623 | 1 | 5.0943 |
| CAT | 2 | 3.2925 | 2.537735849 | 2 | 5.0755 | 4.801886792 | 1 | 4.8019 | |
| LGBM | 3 | 3.5031 | 3.716981132 | 2 | 7.4340 | 3.075471698 | 1 | 3.0755 | |
| ET | 4 | 3.6101 | 3.773584906 | 2 | 7.5472 | 3.283018868 | 1 | 3.2830 | |
| XGB | 5 | 3.6258 | 3.933962264 | 2 | 7.8679 | 3.009433962 | 1 | 3.0094 | |
| DT | 6 | 4.0629 | 5.226415094 | 2 | 10.4528 | 1.735849057 | 1 | 1.7358 | |
| 金属 | CAT | 1 | 3.0797 | 2.652173913 | 2 | 5.3043 | 3.934782609 | 1 | 3.9348 |
| ET | 2 | 3.0870 | 2.173913043 | 2 | 4.3478 | 4.913043478 | 1 | 4.9130 | |
| LGBM | 3 | 3.4855 | 3.826086957 | 2 | 7.6522 | 2.804347826 | 1 | 2.8043 | |
| XGB | 4 | 3.6377 | 3.956521739 | 2 | 7.9130 | 3 | 1 | 3.0000 | |
| RF | 5 | 3.6957 | 3.130434783 | 2 | 6.2609 | 4.826086957 | 1 | 4.8261 | |
| DT | 6 | 4.0145 | 5.260869565 | 2 | 10.5217 | 1.52173913 | 1 | 1.5217 | |
| 石油 | ET | 1 | 3.3079 | 2.491525424 | 2 | 4.9831 | 4.940677966 | 1 | 4.9407 |
| RF | 2 | 3.3139 | 2.908333333 | 2 | 5.8167 | 4.125 | 1 | 4.1250 | |
| CAT | 3 | 3.3194 | 2.916666667 | 2 | 5.8333 | 4.125 | 1 | 4.1250 | |
| LGBM | 4 | 3.5667 | 3.858333333 | 2 | 7.7167 | 2.983333333 | 1 | 2.9833 | |
| XGB | 5 | 3.6750 | 4.316666667 | 2 | 8.6333 | 2.391666667 | 1 | 2.3917 | |
| DT | 6 | 3.7722 | 4.45 | 2 | 8.9000 | 2.416666667 | 1 | 2.4167 | |
| 电力 & 天然气 | CAT | 1 | 2.7949 | 1.538461538 | 2 | 3.0769 | 5.307692308 | 1 | 5.3077 |
| RF | 2 | 3.0513 | 2.153846154 | 2 | 4.3077 | 4.846153846 | 1 | 4.8462 | |
| LGBM | 3 | 3.5000 | 3.461538462 | 2 | 6.9231 | 3.576923077 | 1 | 3.5769 | |
| ET | 4 | 3.7692 | 4.384615385 | 2 | 8.7692 | 2.538461538 | 1 | 2.5385 | |
| XGB | 5 | 3.8333 | 4.230769231 | 2 | 8.4615 | 3.038461538 | 1 | 3.0385 | |
| DT | 6 | 4.0513 | 5.230769231 | 2 | 10.4615 | 1.692307692 | 1 | 1.6923 |
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)
- RF:
- 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 | RF | 1 | 2.9937 |
| CAT | 2 | 3.1698 | |
| ET | 3 | 3.3805 | |
| LGBM | 4 | 3.5881 | |
| XGB | 5 | 3.7170 | |
| DT | 6 | 4.1509 | |
| 金属 | ET | 1 | 2.6667 |
| RF | 2 | 2.9855 | |
| CAT | 3 | 3.3478 | |
| LGBM | 4 | 3.6812 | |
| XGB | 5 | 4.0000 | |
| DT | 6 | 4.3188 | |
| 石油 | ET | 1 | 2.6667 |
| RF | 2 | 2.9889 | |
| CAT | 3 | 3.3611 | |
| LGBM | 4 | 3.6861 | |
| XGB | 5 | 4.0750 | |
| DT | 6 | 4.1667 | |
| 电力 & 天然气 | RF | 1 | 2.6410 |
| CAT | 2 | 3.2821 | |
| LGBM | 3 | 3.4615 | |
| XGB | 4 | 3.5641 | |
| ET | 5 | 3.9487 | |
| DT | 6 | 4.1026 |
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 | RF | 1 | 2.9937 | 1.9434 | 2 | 3.8868 | 5.0943 | 1 | 5.0943 |
| CAT | 2 | 3.1698 | 2.4623 | 2 | 4.9245 | 4.5849 | 1 | 4.5849 | |
| ET | 3 | 3.3805 | 3.0472 | 2 | 6.0943 | 4.0472 | 1 | 4.0472 | |
| LGBM | 4 | 3.5881 | 3.9057 | 2 | 7.8113 | 2.9528 | 1 | 2.9528 | |
| XGB | 5 | 3.7170 | 4.1321 | 2 | 8.2642 | 2.8868 | 1 | 2.8868 | |
| DT | 6 | 4.1509 | 5.5094 | 2 | 11.0189 | 1.4340 | 1 | 1.4340 | |
| 金属 | ET | 1 | 2.6667 | 1.0000 | 2 | 2.0000 | 6.0000 | 1 | 6.0000 |
| RF | 2 | 2.9855 | 2.0000 | 2 | 4.0000 | 4.9565 | 1 | 4.9565 | |
| CAT | 3 | 3.3478 | 3.1304 | 2 | 6.2609 | 3.7826 | 1 | 3.7826 | |
| LGBM | 4 | 3.6812 | 3.9130 | 2 | 7.8261 | 3.2174 | 1 | 3.2174 | |
| XGB | 5 | 4.0000 | 5.0000 | 2 | 10.0000 | 2.0000 | 1 | 2.0000 | |
| DT | 6 | 4.3188 | 5.9565 | 2 | 11.9130 | 1.0435 | 1 | 1.0435 | |
| 石油 | ET | 1 | 2.6667 | 1.0000 | 2 | 2.0000 | 6.0000 | 1 | 6.0000 |
| RF | 2 | 2.9889 | 2.0000 | 2 | 4.0000 | 4.9667 | 1 | 4.9667 | |
| CAT | 3 | 3.3611 | 3.1000 | 2 | 6.2000 | 3.8833 | 1 | 3.8833 | |
| LGBM | 4 | 3.6861 | 4.1833 | 2 | 8.3667 | 2.6917 | 1 | 2.6917 | |
| XGB | 5 | 4.0750 | 5.0833 | 2 | 10.1667 | 2.0583 | 1 | 2.0583 | |
| DT | 6 | 4.1667 | 5.5500 | 2 | 11.1000 | 1.4000 | 1 | 1.4000 | |
| 电力 & 天然气 | RF | 1 | 2.6410 | 1.3077 | 2 | 2.61538 | 5.30769 | 1 | 5.3077 |
| CAT | 2 | 3.2821 | 2.3077 | 2 | 4.61538 | 5.23077 | 1 | 5.2308 | |
| LGBM | 3 | 3.4615 | 3.5385 | 2 | 7.07692 | 3.30769 | 1 | 3.3077 | |
| XGB | 4 | 3.5641 | 3.7692 | 2 | 7.53846 | 3.15385 | 1 | 3.1538 | |
| ET | 5 | 3.9487 | 4.8462 | 2 | 9.69231 | 2.15385 | 1 | 2.1538 | |
| DT | 6 | 4.1026 | 5.2308 | 2 | 10.4615 | 1.84615 | 1 | 1.8462 |
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。
