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2022-06-02
英文标题:
《Temporal Attention augmented Bilinear Network for Financial Time-Series
  Data Analysis》
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作者:
Dat Thanh Tran, Alexandros Iosifidis, Juho Kanniainen, Moncef Gabbouj
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最新提交年份:
2017
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英文摘要:
  Financial time-series forecasting has long been a challenging problem because of the inherently noisy and stochastic nature of the market. In the High-Frequency Trading (HFT), forecasting for trading purposes is even a more challenging task since an automated inference system is required to be both accurate and fast. In this paper, we propose a neural network layer architecture that incorporates the idea of bilinear projection as well as an attention mechanism that enables the layer to detect and focus on crucial temporal information. The resulting network is highly interpretable, given its ability to highlight the importance and contribution of each temporal instance, thus allowing further analysis on the time instances of interest. Our experiments in a large-scale Limit Order Book (LOB) dataset show that a two-hidden-layer network utilizing our proposed layer outperforms by a large margin all existing state-of-the-art results coming from much deeper architectures while requiring far fewer computations.
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中文摘要:
由于市场固有的噪声和随机性,金融时间序列预测长期以来一直是一个具有挑战性的问题。在高频交易(HFT)中,出于交易目的进行预测是一项更具挑战性的任务,因为自动推理系统要求既准确又快速。在本文中,我们提出了一种神经网络层结构,该结构融合了双线性投影的思想以及一种注意机制,使该层能够检测和关注关键的时间信息。由此产生的网络具有高度的可解释性,因为它能够突出每个时间实例的重要性和贡献,从而允许对感兴趣的时间实例进行进一步分析。我们在一个大规模限制订单(LOB)数据集上的实验表明,利用我们提出的层的两个隐藏层网络在很大程度上优于所有来自更深层体系结构的现有最先进的结果,同时需要更少的计算。
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分类信息:

一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Computational Engineering, Finance, and Science        计算工程、金融和科学
分类描述:Covers applications of computer science to the mathematical modeling of complex systems in the fields of science, engineering, and finance. Papers here are interdisciplinary and applications-oriented, focusing on techniques and tools that enable challenging computational simulations to be performed, for which the use of supercomputers or distributed computing platforms is often required. Includes material in ACM Subject Classes J.2, J.3, and J.4 (economics).
涵盖了计算机科学在科学、工程和金融领域复杂系统的数学建模中的应用。这里的论文是跨学科和面向应用的,集中在技术和工具,使挑战性的计算模拟能够执行,其中往往需要使用超级计算机或分布式计算平台。包括ACM学科课程J.2、J.3和J.4(经济学)中的材料。
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一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Machine Learning        机器学习
分类描述:Papers on all aspects of machine learning research (supervised, unsupervised, reinforcement learning, bandit problems, and so on) including also robustness, explanation, fairness, and methodology. cs.LG is also an appropriate primary category for applications of machine learning methods.
关于机器学习研究的所有方面的论文(有监督的,无监督的,强化学习,强盗问题,等等),包括健壮性,解释性,公平性和方法论。对于机器学习方法的应用,CS.LG也是一个合适的主要类别。
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Computational Finance        计算金融学
分类描述:Computational methods, including Monte Carlo, PDE, lattice and other numerical methods with applications to financial modeling
计算方法,包括蒙特卡罗,偏微分方程,格子和其他数值方法,并应用于金融建模
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2022-6-2 17:05:33
用于金融时间序列数据分析的时间注意力增强双线性网络*, Alexandros Iosi fidis、Juho Kanniainen+和Moncef Gabbouj**芬兰坦佩雷坦佩雷理工大学信号处理实验室+丹麦奥胡斯奥胡斯大学工程、电气和计算机引擎系+芬兰坦佩雷坦佩雷理工大学工业和信息管理实验室电子邮件:{dat.tranthanh,juho.kanniainen,moncef.gabbouj}@tut。Fi,alexandros。iosi公司dis@eng。澳大利亚。由于市场固有的噪声和随机性,金融时间序列预测长期以来一直是一个具有挑战性的问题。在高频交易(HFT)中,出于交易目的进行预测是一项更具挑战性的任务,因为自动推理系统要求既准确又快速。在本文中,我们提出了一种神经网络层架构,该架构融合了双线性投影的思想,以及一种注意机制,使该层能够检测和关注关键的时间信息。结果网络具有高度的可解释性,因为它能够突出每个时间实例的重要性和贡献,从而对感兴趣的时间实例进行进一步分析。我们在一个大型限额订单(LOB)数据集中的实验表明,利用我们的proposedlayer的两个隐藏层网络在很大程度上优于所有来自更深层架构的现有最先进的结果,同时需要的计算量要少得多。指数项前馈神经网络、双线性投影、时间注意、财务数据分析、时间序列预测。时间序列分类和预测在不同领域得到了广泛的研究。
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2022-6-2 17:05:36
有代表性的例子包括自然语言过程[1]、[2]、[3]、医学数据分析[4]、[5]、人类行为/行为分析[6]、[7]、[8]、气象学[9]、金融和计量经济学[10]、[11]、[12]和一般时间序列分类[13]、[14]。由于金融市场的复杂性,观察到的数据具有高度的非平稳性和噪声性,对潜在发电过程的视角有限。这项研究使财务时间序列预测成为最困难的任务之一,如时间序列预测[15]。软件和硬件基础设施的发展使交易数据的广泛收集成为可能,这对交易者,尤其是高频交易者来说,既是机遇也是挑战。除了长期投资外,HFT的特点是高速和短期投资。因此,在相对较短的时间内有效处理和分析大数据块的能力在HFT中至关重要。在过去的研究中,已经提出了几种数学模型来从嘈杂、非平稳的金融时间序列中提取金融特征。定量分析中广泛研究了随机特征和市场指标[1 6]、[17]。值得注意的工作包括自回归(AR)[18]和移动平均(MA)[19]特征,这些特征被组合为一个称为自回归移动平均(ARMA)的通用框架。它的推广,也称为自动回归综合移动平均(ARIMA)[2 0],[21],它结合了差分步骤来消除非平稳性,是计量经济学中时间序列分析的一种流行方法。为了确保可跟踪性,这些模型经常在对基础数据分布的许多假设下重新构建,导致对未来观测的泛化较差[22]。
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2022-6-2 17:05:39
近年来,机器学习技术的发展,如支持向量回归[23]、[12]和随机预测[24],已被应用于时间序列预测问题,以减轻对这些强假设的依赖。因此,这些统计机器在各种情况下往往优于传统的al-ARIMA模型[25]。尽管上述机器学习模型的性能相当好,但它们并不是专门用来捕获时间序列数据中的时间信息的。一种称为递归神经网络(RNN)的神经网络体系结构专门用于从原始序列数据中提取时间信息。尽管RNN是在二十多年前开发的[26],但直到最近,它们才开始在许多不同的应用领域中流行起来[27]、[1]、[28],这是由于优化技术和计算硬件的开发以及大规模数据集的可用性。特殊类型的RNN,如长短时记忆(LSTM)[29]和网关电流单元(GRU)[30]网络,其被提出是为了避免极深RNN中的梯度消失问题,已成为各种顺序数据预测问题的最新技术[27]、[1]、[28]、[31]。deepneural网络的美妙之处在于,se体系结构允许结束训练,它直接作用于原始数据表示,而不是手工制作的特征。因此,自动提取合适的数据相关特征,提高整个系统的性能和鲁棒性。虽然深层神经网络,尤其是LSTM网络,在生物学上受到启发,在实践中工作良好,但学习到的结构通常很难理解。
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2022-6-2 17:05:42
众所周知,人类大脑皮层中存在一种视觉张力机制,其中来自多个物体的视觉刺激竞争神经表征。为了进一步模拟人类学习系统,针对几种现有的神经网络结构开发了注意机制,以确定学习过程中输入的不同部分的重要性[35]、[3]、[36]、[37]。这不仅提高了所应用网络的性能,而且有助于在输入的特定部分使用foc来解释所获得的结果。例如,在图像字幕任务【35】中,通过将视觉注意纳入卷积LSTMarchitecture,该模型明确显示生成的关键字与视觉对象之间的对应关系。基于注意力的神经机器翻译模式ls强调了源短语和翻译短语之间的类似对应关系【3】。虽然视觉和文本数据对人类来说很容易解释和直观,但一般时间序列数据更难感知,这使得STM模型成为一个黑匣子。这妨碍了进行初步培训分析的机会。很少有人尝试在不同的时间序列中利用LSTM的注意力功能预测问题,如医学诊断[38]和天气预测[39]或财务[40]。虽然在现有体系结构中加入注意机制可以提高性能和可理解性,但整个模型的计算成本很高。这妨碍了该模型在许多财务预测情况下的实用性,在这些情况下,快速培训系统并使用连续大量输入数据进行预测的能力起着重要作用。多元时间序列数据自然地表示为s二阶张量。
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2022-6-2 17:05:46
这种表示保留了数据中编码的时间结构,这对于learningmodel捕获时间相互作用和依赖关系至关重要。通过应用向量化步骤,传统的基于向量的模型无法捕获此类时间序列,从而导致与直接作用于输入的自然表示的基于张量的模型相比的性能推断。与张量输入相关的数学工具和算法的最新进展使得基于多线性操作的若干学习系统得以开发。例如,针对张量输入扩展了流行的判别和回归标准,如多线性判别分析(MDA)[41],多线性类特异性判别分析(MCSDA)[42]或张量回归(TR)[43]。关于神经网络公式,还尝试学习输入张量每种模式的单独投影【44】,【45】。多线性对应物替换线性映射的动机源于这样一个事实,即学习输入的独立模式之间的独立依赖性可以缓解所谓的维数灾难,并大大减少所需的内存和计算量。虽然为图像、视频和文本等数据模式开发了大量采用多线性预测的文献,但很少有作品专门用于时间序列预测,尤其是金融时间序列预测。在最近的工作【46】中,我们已经表明,线性多元回归模型可以优于其他不考虑HFT数据时间性质的竞争性浅层结构。
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