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2022-06-11
英文标题:
《Enhancing Stock Movement Prediction with Adversarial Training》
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作者:
Fuli Feng, Huimin Chen, Xiangnan He, Ji Ding, Maosong Sun, Tat-Seng
  Chua
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最新提交年份:
2019
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英文摘要:
  This paper contributes a new machine learning solution for stock movement prediction, which aims to predict whether the price of a stock will be up or down in the near future. The key novelty is that we propose to employ adversarial training to improve the generalization of a neural network prediction model. The rationality of adversarial training here is that the input features to stock prediction are typically based on stock price, which is essentially a stochastic variable and continuously changed with time by nature. As such, normal training with static price-based features (e.g. the close price) can easily overfit the data, being insufficient to obtain reliable models. To address this problem, we propose to add perturbations to simulate the stochasticity of price variable, and train the model to work well under small yet intentional perturbations. Extensive experiments on two real-world stock data show that our method outperforms the state-of-the-art solution with 3.11% relative improvements on average w.r.t. accuracy, validating the usefulness of adversarial training for stock prediction task.
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中文摘要:
本文提出了一种新的股票运动预测的机器学习解决方案,旨在预测股票价格在不久的将来是上涨还是下跌。关键的创新之处在于,我们建议采用对抗式训练来提高神经网络预测模型的泛化能力。对抗式训练的合理性在于,股票预测的输入特征通常基于股票价格,股票价格本质上是一个随机变量,本质上是随时间不断变化的。因此,基于静态价格特征(如收盘价)的正常培训很容易过度拟合数据,不足以获得可靠的模型。为了解决这个问题,我们建议添加扰动来模拟价格变量的随机性,并训练模型在较小但有意的扰动下运行良好。对两个真实股票数据的大量实验表明,我们的方法优于最先进的解决方案,平均w.r.t.准确率相对提高了3.11%,验证了对抗性训练对股票预测任务的有效性。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Trading and Market Microstructure        交易与市场微观结构
分类描述:Market microstructure, liquidity, exchange and auction design, automated trading, agent-based modeling and market-making
市场微观结构,流动性,交易和拍卖设计,自动化交易,基于代理的建模和做市
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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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2022-6-11 00:23:11
利用对抗性训练加强股票走势预测冯富力、陈惠民、湘南和3*, 季丁、孙茂松、新加坡达生创大学、清华大学、中国科技大学、伊利诺伊大学香槟分校、,jiding2@illinois.edu, sms@tsinghua.edu.cn,{傅立峰93,惠姆臣1994,湘南河,chuats@gmail.com}@gmail。本文提出了一种新的股票运动预测的机器学习解决方案,旨在预测股票价格在不久的将来是否会上涨或下跌。关键的创新之处在于,我们建议使用对抗性训练来改进神经网络预测模型的泛化。对抗式训练的合理性在于,股票预测的输入特征通常基于股票价格,股票价格本质上是一个随机变量,本质上是随时间不断变化的。因此,使用基于静态价格的特征(如收盘价)进行的正常培训很容易过度拟合数据,不足以获得可靠的模型。为了解决这个问题,我们建议添加扰动来模拟价格变量的随机性,并训练模型在较小但有意的扰动下工作良好。对两个真实股票数据的扩展性实验表明,我们的方法优于最先进的解决方案【Xu和Cohen,2018年】,平均w.r.t.准确度相对提高了3.11%,验证了对抗性训练对股票预测任务的有用性。1简介股票市场是最大的金融市场之一,总价值达到80万亿美元。预测股票的未来状态一直是股票市场上许多参与者的极大兴趣。
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2022-6-11 00:23:14
虽然已知股票的确切价格是不可预测的【Walczak,2001;Nguyen等人,2015】,但研究工作一直集中在预测股票价格的变动,例如,价格是会上涨/下跌,还是价格变化会超过阈值,这比股票价格预测更容易实现【Adebiyi等人,2014;Feng等人,2018;Xu和Cohen,2018】。库存变动预测可以作为一项分类任务来处理。定义标签空间和特征后*何香楠是通讯作者。https://data.worldbank.org/indicator/CM.MKT.TRAD.CD?view=chart.(a) 培训(b)验证图1:专注LSTM的培训过程,Lregularization系数为0、0.01和0.1。一次描述一只股票,我们可以应用标准的监督学习方法,如支持向量机【Huang et.,2005】和神经网络【Xu和Cohen,2018】来构建预测模型。虽然在技术上可行,但我们认为,由于股票市场的高度随机性,这种方法的泛化能力较弱。图1提供了弱泛化的经验证据,其中我们按时间将数据分为训练和验证,并训练了一个专注的股票历史价格LSTM模型【Qin等人,2017年】,以预测其走势。从图1(a)可以看出,随着训练次数的增加,训练损失逐渐减少,这与预期相符。然而,图1(b)所示的验证损失没有呈现出增加趋势;相反,它只在初始化状态周围发生变化,没有清晰的模式。
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2022-6-11 00:23:17
换言之,通过培训示例学习的模型的好处并不能转化为预测未知验证示例的改进。我们已经深入探讨了Lregularization(不同线条的结果),这是一种改进模型泛化的常用技术,然而,这种情况并没有得到改善。我们假设原因是,标准分类方法假定从静态输入中学习,例如图像中的像素值和文档中的术语频率。当处理股票价格等随机变量时,静态输入假设不成立,这种方法不能很好地推广。具体而言,现有的股票预测方法通常融入基于价格的特征,例如特定时间步的价格或多个时间步的平均价格【Edwards等人,2007年;Nelson等人,2017年】。由于股票的价格随时间(在市场时间内)不断变化,基于价格的特征本质上是随机变量,与传统的静态输入有根本不同。更具体地说,可以将训练实例的特征视为从特定时间步的输入变量分布中提取的“样本”。在不适当处理输入变量随机性的情况下,该方法很容易对训练数据进行过度拟合,泛化能力较弱。在这项工作中,我们建议利用对抗性训练来考虑股票市场的随机性,以学习股票运动预测模型。我们主要考虑的是,给定一个特定时间步的具有固定输入特征的训练示例,训练后的模型预计会对从输入变量固有分布中提取的其他样本生成相同的预测。
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2022-6-11 00:23:21
为了实现这一想法,我们可以通过在输入特征上添加小扰动来生成额外的样本(对随机性的模拟),并训练模型在干净样本和扰动样本上都表现良好。这是计算机视觉任务中常用的对抗性训练方法【Kurakin等人,2017年】。然而,问题是股票预测模型的特征通常是连续的(见图2),因此在所有时间单位的特征上添加扰动可能非常耗时;此外,它可能会在不可控的不同单元的扰动之间造成非常规的相互作用。为了解决这个问题,我们在模型的高级预测特征上添加了扰动,例如,直接投影到最终预测的最后一层。由于大多数深度学习方法在更高的层次学习抽象表示,因此它们的规模通常比输入规模小得多。因此,向高级特征添加扰动更有效,同时也可以保持随机性。我们在一个专注的LSTM模型上实施我们的对抗性训练计划,该模型是一个用于序列数据的高度表达性模型。我们将扰动添加到最后一层的预测特征中,并动态优化扰动,使其尽可能地改变模型的输出。然后,我们对模型进行训练,使其在干净特征和扰动特征上都表现良好。
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2022-6-11 00:23:24
因此,可以将Adversarial训练过程理解为执行一个动态正则化器,该正则化器可以稳定模型训练,并使模型在随机性下表现良好。本文的主要贡献总结如下:o我们研究了股票走势预测中的泛化困难,并强调了处理输入特征随机性的必要性我们提出了一种对抗性的训练解决方案来应对仓促的挑战,并将其应用于股票走势预测的深度学习模型中我们在两个公共基准上进行了广泛的实验,验证了对几种最先进方法的改进,并表明对抗式学习使分类更稳健,更具普遍性。2问题公式我们分别使用粗体大写字母(如X)和粗体小写字母(如X)表示矩阵和向量。此外,普通小写字母(如x)和希腊字母图2:注意LSTM的图示。(例如λ)分别用于表示标量和超参数。如果没有其他规定,所有向量都是列形式。符号tanh和σ分别代表双曲余弦函数和sigmoid函数。股票运动预测任务的公式是学习预测函数^ys=f(Xs;Θ),该函数将股票从其序列特征(Xs)映射到标签空间。
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