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

- 在所有類股中,大多數資料集均不平衡。
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)
- RF:
- 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 | RF | 1 | 2.9057 |
| CAT | 2 | 3.2925 | |
| LGBM | 3 | 3.5031 | |
| ET | 4 | 3.6101 | |
| XGB | 5 | 3.6258 | |
| DT | 6 | 4.0629 | |
| 金屬 | 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 | |
| 電力與天然氣 | 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 | 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 | |
| 金屬 | 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 | |
| 電力與天然氣 | 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)
- RF:
- 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 | RF | 1 | 2.9937 |
| CAT | 2 | 3.1698 | |
| ET | 3 | 3.3805 | |
| LGBM | 4 | 3.5881 | |
| XGB | 5 | 3.7170 | |
| DT | 6 | 4.1509 | |
| 金屬 | 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 | |
| 電力與天然氣 | 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 | 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 | |
| 金屬 | 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 | |
| 電力與天然氣 | 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 |
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。
