機器學習應用於分散化市場中性投資組合之分析

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投資組合

投資組合組成:

  • 共 149 項資產,可彙總為 4 個類股
  • 類股細分:
    • 農產品與畜產品:53
    • 金屬:23
    • 石油:60
    • 電力與天然氣:13
  • 每項資產有兩個資料集(1 個用於買進,1 個用於賣出)
  • 訊號類別:不平衡(< 0.30)對比平衡(>= 0.30)
    • 在所有類股中,大多數資料集均不平衡。
    • 即使在買進與賣出訊號資料集之間,訊號不平衡的分布也一致

分析方法

  • 針對每個資產資料集,我們以 6 種演算法建模並進行超參數調校,同時以 0.5 作為正類預測的預設門檻。
  • 模型類型:
    • 極限梯度提升(XGBoost)
    • LightGBM (LGBM)
    • CatBoost (CAT)
    • 隨機森林(RF)
    • 極限隨機樹(ET)
    • 決策樹(DT)
  • 指標:
    • 最小化偽陽性(FP)
    • 最小化偽陰性(FN)
  • 我們著重以加權平均對各模型進行排名
    • 最小化偽陽性的排名權重為 2 個單位
    • 最小化偽陰性的排名權重為 1 個單位
  • 由於每個資料集的二元訊號分布各不相同,我們針對每個資料集,同時使用兩項指標對所有模型進行排名。
  • 針對每一種「類股-訊號類型」組合,我們計算這些資料集的平均加權排名,並確定各模型的最終排名。

多頭方面的觀察

整體觀察:

  • CAT 在全部 4 個類股中均名列前 3 名
    • 農產品與畜產品(第 2 名)
    • 金屬(第 1 名)
    • 石油(第 3 名)
    • 電力與天然氣(第 1 名)
  • RF 與 LGBM 在 3 個類股中名列前 3 名
    • RF:
      • 農產品與畜產品(第 1 名)
      • 石油(第 2 名)
      • 電力與天然氣(第 2 名)
    • LGBM
      • 農產品與畜產品(第 3 名)
      • 金屬(第 3 名)
      • 電力與天然氣(第 3 名)
  • XGB 與 DT 的預測傾向較為積極,在最小化 FN 方面表現較佳。然而,由於最小化 FP 的權重較高,其整體加權排名較差。
    • 詳細結果請見下一張投影片
類股模型最終排名加權平均排名
農產品與畜產品RF12.9057
CAT23.2925
LGBM33.5031
ET43.6101
XGB53.6258
DT64.0629
金屬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
電力與天然氣CAT12.7949
RF23.0513
LGBM33.5000
ET43.7692
XGB53.8333
DT64.0513

多頭配置(詳細排名結果)

類股模型最終排名加權平均排名偽陽性排名偽陽性排名權重偽陽性加權排名偽陰性排名偽陰性排名權重偽陰性加權排名
農產品與畜產品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
金屬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
電力與天然氣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

空頭方面的觀察

整體觀察:

  • RF 與 CAT 在全部 4 個類股中均名列前 3 名
    • RF:
      • 農產品與畜產品(第 1 名)
      • 金屬(第 2 名)
      • 石油(第 2 名)
      • 電力與天然氣(第 2 名)
    • CAT
      • 農產品與畜產品(第 3 名)
      • 金屬(第 3 名)
      • 石油(第 3 名)
      • 電力與天然氣(第 3 名)
  • ET 在 3 個類股中名列前 3 名。然而,我們注意到 ET 在預測任何正向訊號時傾向相對保守。這符合我們著重最小化偽陽性的方向,但也意味著其正向訊號稀少/不足。
    • 農產品與畜產品(第 3 名)
    • 金屬(第 1 名)
    • 石油(第 1 名)
  • LGBM 在 3 個類股中始終排名第 4(僅次於前 3 名),僅在電力與天然氣類股排名第 3。
  • XGB 與 DT 的預測傾向較為積極,在最小化 FN 方面表現較佳。然而,由於最小化 FP 的權重較高,其整體加權排名較差。
    • 詳細結果請見下一張投影片
類股模型最終排名加權平均排名
農產品與畜產品RF12.9937
CAT23.1698
ET33.3805
LGBM43.5881
XGB53.7170
DT64.1509
金屬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
電力與天然氣RF12.6410
CAT23.2821
LGBM33.4615
XGB43.5641
ET53.9487
DT64.1026

空頭配置(詳細排名結果)

類股模型最終排名加權平均排名偽陽性排名偽陽性排名權重偽陽性加權排名偽陰性排名偽陰性排名權重偽陰性加權排名
農產品與畜產品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
金屬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
電力與天然氣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

結論

  • 我們的排名以兩項主要指標為基礎,並採用加權排名
    • 最小化偽陽性(2 個排名單位)
    • 最小化偽陰性(1 個排名單位)
  • 依據此排名程序,整體而言,沒有任何一種模型演算法能始終優於其他演算法。
  • 然而,CAT、RF 與 LGBM 的表現往往優於其他模型
  • XGBoost 與 DT 在預測上傾向較為積極。這往往能使 FN 降至最低,但也較可能增加 FP。
  • 我們觀察到 ET 本質上過於「保守」。雖然它在最小化 FP 方面可能優於其他模型,但無法產生足夠的正向訊號。
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