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2022-06-09
英文标题:
《Mean Reverting Portfolios via Penalized OU-Likelihood Estimation》
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作者:
Jize Zhang, Tim Leung and Aleksandr Y. Aravkin
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  We study an optimization-based approach to con- struct a mean-reverting portfolio of assets. Our objectives are threefold: (1) design a portfolio that is well-represented by an Ornstein-Uhlenbeck process with parameters estimated by maximum likelihood, (2) select portfolios with desirable characteristics of high mean reversion and low variance, and (3) select a parsimonious portfolio, i.e. find a small subset of a larger universe of assets that can be used for long and short positions. We present the full problem formulation, a specialized algorithm that exploits partial minimization, and numerical examples using both simulated and empirical price data.
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中文摘要:
我们研究了一种基于优化的方法来构建均值回复资产组合。我们的目标有三个:(1)设计一个由Ornstein-Uhlenbeck过程和最大似然估计的参数很好地代表的投资组合,(2)选择具有高均值回归和低方差的理想特征的投资组合,以及(3)选择一个节俭的投资组合,即从更大范围的资产中找到一小部分可用于多头和空头头寸。我们给出了完整的问题公式,一种利用部分极小化的特殊算法,以及使用模拟和经验价格数据的数值示例。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Portfolio Management        项目组合管理
分类描述:Security selection and optimization, capital allocation, investment strategies and performance measurement
证券选择与优化、资本配置、投资策略与绩效评价
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一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Optimization and Control        优化与控制
分类描述:Operations research, linear programming, control theory, systems theory, optimal control, game theory
运筹学,线性规划,控制论,系统论,最优控制,博弈论
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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Machine Learning        机器学习
分类描述:Covers machine learning papers (supervised, unsupervised, semi-supervised learning, graphical models, reinforcement learning, bandits, high dimensional inference, etc.) with a statistical or theoretical grounding
覆盖机器学习论文(监督,无监督,半监督学习,图形模型,强化学习,强盗,高维推理等)与统计或理论基础
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2022-6-9 19:10:07
通过惩罚OU似然估计的均值回复投资组合Jize Zhang、Tim Leung和Aleksandr AravkinAbstract-我们研究了一种基于优化的方法来构建均值回复资产组合。我们的目标有三个方面:(1)设计一个由Ornstein-Uhlenbeck过程很好地代表的投资组合,其参数由最大似然法估计,(2)选择具有高均值回归和低方差的理想特征的投资组合,以及(3)选择一个节俭的投资组合,即从更大范围的资产中找到一小部分可用于多头和空头头寸。我们提出了完整的问题公式,一种利用部分最小化的专门算法,以及使用模拟和经验价格数据的数字样本。一、 简介各种金融市场(包括股票和大宗商品)的一大类交易策略是基于利用资产价格的均值回复行为。实际上,可以构建同时持有两个或两个以上高度相关或协整资产(如股票和交易所买卖基金(ETF))的投资组合,以获得平均回复价格。关于成对交易的经验表现[1]和交易时机[2]、[3]、[4]、[5]有许多研究。还有一些方法可以从更大的股票集合中识别出具有少数资产的均值回复投资组合[6]。给定一组资产及其历史价格的时间序列,我们的主要目标是设计一个均值回复投资组合,其随时间的演化可以通过惩罚似然估计的Ornstein-Uhlenbeck(OU)过程来表征。
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2022-6-9 19:10:10
OU过程是离散时间自回归(AR)模型的连续时间版本【8】。我们的联合优化方法的一个主要特点是,我们同时求解最优投资组合和相应的最大似然参数。这种统一的方法不同于之前的OU投资组合选择工作,后者将问题分解为阶段性计算。例如,[6]首先为多个资产的时间序列找到OU表示,然后解决第二个优化问题以根据该表示找到投资组合。相反,[3]将OU流程分配到一系列候选(配对)投资组合中的每一个,并选择OU可能性最高的候选人。我们的统一方法从一组候选人中寻找最佳的OU代表性投资组合,使OU的质量成为优化问题的一部分。然后,发现的投资组合的OU特征通知了最佳交易策略,如[3]中制定的策略。Jize Zhang、Tim Leung和Aleksandr Aravkin来自华盛顿大学西雅图分校应用数学系。A、 Aravkin的工作得到了WRF数据科学教授的支持。论文进行如下。在第二节中,我们从两个角度推导了相同的最大似然公式:连续随机微分方程(SDE)特征和离散时间自回归(AR)近似。然后,我们修改了极大似然估计公式,以包括促进投资组合稀疏性和高均值回归的术语,以及从更大的候选集中选择较少资产的术语。在第三节中,我们开发了一种基于部分最小化和投影的非光滑、非凸目标算法,并表明它比不利用问题结构的标准算法性能更好。
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2022-6-9 19:10:13
在第四节中,我们使用模拟和真实数据提供了数值说明。最后,我们将在第五节第二节进行讨论。问题公式在本节中,我们推导了从一组资产中同时选择投资组合的最大似然公式,并使用OrnsteinUhlenbeck(OU)过程表示该选择。我们首先表明,在考虑OU的连续SDE特征及其离散化自回归(AR)近似的情况下,获得了相同的公式,参数解释存在细微差异。我们还对估计问题的适定性进行了一些理论观察。然后,我们扩展了最大似然公式,以允许在投资组合中选择较低的方差、较高的均值回归和节俭。A、 给出了m项资产的历史数据,以及S(T+1)×m项资产价值随时间变化的矩阵。我们的主要目标是找到w,即构成我们投资组合的资产的线性组合,以便相应的投资组合价格过程XT:=Stw最好遵循OU过程。我们首先表明,求解投资组合和OU可能性,无论是使用OU的SDE特征还是AR特征,都会产生联合目标Mina,c,θ,kwk=1ln(a)+2T akA(c)w- θ(1 -c) k,(1),其中A(c)=S1:T- cS0:T-1,w是要选择的投资组合,a、c、θ、σ是似然参数。目标函数是非凸的,因为A(c)乘以w,并且还包括非凸约束kwk=1。这些差异如下所示。SDE的最大可能性。OU过程由SDEdxt=u(θ)定义- xt)dt+σdBt,(2)其中bt是物理概率测度下的标准布朗运动。
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2022-6-9 19:10:16
在序列{xt}Tt=1上观察到的OU进程的可能性由tyt=1f(xt | xt)给出-1) =TYt=1√2πИσ×exp-xt公司- xt公司-1exp(-tu)-θ(1 - 经验值(-tu))2¢σ式中¢σ=σ1-经验值(-tu)2u。最小化负对数似然会导致优化问题minu,σ,θ,wln(2π)+ln(¢σ(u,σ))+kA(u)w- y(θ,u)k2T¢σ(u,σ),(3),其中y=θ(1- 经验值(-tu))1和A∈ Rn×2定义asA=S1:T- 经验值(-tu)S0:t-1,其中下标表示t的范围。备注1:(3)中的目标函数是无界的。Setw=0,θ=0;目标函数由n(2π)+ln(σ)+ln给出1.- 经验值(-2ut) 2u,它将变为负的σ→ 为了解决备注1中暴露的问题,我们在w上添加了一个1-normequality约束,设置kwk=1。从建模的角度来看,这种约束也很方便,因为它消除了选择投资组合中哪些资产是长期资产还是短期资产的需要。为了得到公式(1),我们将a=異σ=σ(1- 经验值(-2.tu))2u,c=exp(-tu),(4)之后,问题变成smina,c,θ,kwk=1ln(a)+2T akA(c)w- θ(1 - c) k.一旦知道a和c,我们就可以恢复u和σ。变量的变化(4)通过将复杂的部分封装到a和c中简化了模型结构。它还方便地消除了目标函数中的t。AR的最大似然。AR公式来自OU过程的简单离散化(2):xt=xt-1+ u(θ - xt公司-1)t+σ√t型t,t型~ N(0,1)。(5) 在xt=Stw为投资组合价格过程的情况下,我们获得了AR参数和投资组合w的联合目标:最小σln(tσ)+2Ttσminu,θ,wh(u,θ,w),其中h(u,θ,w)=TXt=1(St-1w+tu(θ- St公司-1w)- Stw)。如前所述,为了避免备注1中提到的无界性问题,我们加入了等式约束kwk=1。为了得到公式(1),我们取a=tσ,c=1- tu,(6),使问题变成smina,c,θ,kwk=1ln(a)+2T akA(c)w- θ(1 - c) K其中A(c)=S1:T- cS0:T-1.
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2022-6-9 19:10:20
参数a和c在SDE和AR公式中有不同的表达式,其中a=σ(1-经验值(-2.tu))2uin(4)和a=tσin(6),c=exp(-tu)in(4)和c=1-tuin(6)。表达式聚合为tu↓ 我们在数值实验中使用了(6)中的特征。B、 促进稀疏性和均值回归给定一组候选资产,我们希望选择一个小的节约型子集来构建投资组合。为了将这个特性添加到模型中,我们想对w施加稀疏性惩罚。虽然经常使用1-范数,但在我们的例子中,我们已经施加了1-范数相等约束kwk=1。为了在这个约束条件下获得稀疏解,我们添加了一个多重凹惩罚-ηkwkto最大似然(1)。负二次型在1-范数球的顶点上取极小值,加上这个惩罚会将选择推向更稀疏的w。除了稀疏化解之外,我们还可能希望推广投资组合的其他特征。惩罚能力框架足够灵活,可以实现这些增强。一个重要特征是平均回复系数u;可能需要更高的u。我们可以通过提高较低的c来尝试更高的u,例如使用线性惩罚。增广似然函数为mina,c,θ,kwk=1ln(a)+kA(c)w- θ(1 - c) k2T a+γc-ηkwk。(7) 算法在本节中,我们开发了一种算法,利用其丰富的结构来解决非光滑、非凸问题(7)。我们定义了以下嵌套值函数:f(w,a,c,θ)=-ηkwk+ln(a)+γc+kA(c)w- θ(1 - c) k2T af(w,a,c)=minθf(w,a,c,θ)f(w,a)=mincf(w,a,c)=minc,θf(w,a,c,θ)f(w)=mina,c,θf(w,a,c,θ)。(8) 我们的主要策略是将(7)重新表述为一个优化问题minkwk=cf(w),其中对金融机构的每一次评估都是通过部分最小化剩余参数来完成的,并使用fand f有效地实施。
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