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2022-06-11
英文标题:
《Lagged correlation-based deep learning for directional trend change
  prediction in financial time series》
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作者:
Ben Moews, J. Michael Herrmann, Gbenga Ibikunle
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  Trend change prediction in complex systems with a large number of noisy time series is a problem with many applications for real-world phenomena, with stock markets as a notoriously difficult to predict example of such systems. We approach predictions of directional trend changes via complex lagged correlations between them, excluding any information about the target series from the respective inputs to achieve predictions purely based on such correlations with other series. We propose the use of deep neural networks that employ step-wise linear regressions with exponential smoothing in the preparatory feature engineering for this task, with regression slopes as trend strength indicators for a given time interval. We apply this method to historical stock market data from 2011 to 2016 as a use case example of lagged correlations between large numbers of time series that are heavily influenced by externally arising new information as a random factor. The results demonstrate the viability of the proposed approach, with state-of-the-art accuracies and accounting for the statistical significance of the results for additional validation, as well as important implications for modern financial economics.
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中文摘要:
具有大量噪声时间序列的复杂系统中的趋势变化预测是现实世界现象的许多应用中的一个问题,股票市场是这类系统中一个众所周知的难以预测的例子。我们通过它们之间的复杂滞后相关性来预测方向趋势变化,从各自的输入中排除关于目标序列的任何信息,以实现纯粹基于与其他序列的此类相关性的预测。我们建议在该任务的预备特征工程中使用深度神经网络,该网络采用指数平滑的逐步线性回归,回归斜率作为给定时间间隔的趋势强度指标。我们将此方法应用于2011年至2016年的历史股市数据,作为大量时间序列之间滞后相关性的用例示例,这些时间序列作为随机因素受到外部产生的新信息的严重影响。结果证明了所提出方法的可行性,具有最先进的精确度,并考虑了结果的统计显著性,以供进一步验证,以及对现代金融经济学的重要影响。
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分类信息:

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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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: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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2022-6-11 05:10:03
简介对时间序列分析和预测的深层机器学习方法越来越感兴趣,这导致了它在各个领域的应用,将这一领域确立为一个具有挑战性的兴趣话题(Cao和Tay,2003;Negreen et al.,2010)。当涉及到深度神经网络的有效使用时,主要关注的问题之一是一种敏感的方法,即为有用的数据表示进行特征工程。这一过程通常取决于各自应用领域的领域知识,而且往往不是研究中耗时的一部分(Najafabadiet al.,2015)。一些研究人员将应用机器学习与特征工程本身的概念等同起来,以强调其相对重要性(Ng,2012)。此类表示必须具有足够的信息量,以纳入时间序列之间的滞后相关性,同时,在前馈神经网络中,每个观测值和输入特征变量的离散数受到限制。(c)2018. 此手稿版本在CC-BY-NC-ND 4.0许可下提供(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)*对应的authorEmail地址:b。moews@ed.ac.uk(Ben Moews),迈克尔。herrmann@ed.ac.uk(J。
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2022-6-11 05:10:06
迈克尔·赫尔曼),格宾加。ibikunle@ed.ac.uk(Gbenga Ibikunle)Zhang和Qi(2005)发现,当应用于具有季节和趋势模式的时间序列的原始数据时,此类模型无法捕获必要的信息,这为特征工程方法开辟了一个领域,允许在各种应用领域有效地使用时间序列数据进行趋势预测。在本文中,我们检验了一个假设,即深度前馈神经网络与指数平滑训练输入相结合,适用于学习大量时间序列的逐步趋势之间的滞后相关性,并且这种模型可以成功地应用于现实世界预测问题的当前研究。为了检验这一方法,我们将推荐的方法应用于五年来标准普尔500指数股票历史股价数据的梯度计算,以一小时为间隔,计算每日趋势,增加了相对较少观察的复杂性。欲了解金融市场研究中软计算方法的更深入概述,感兴趣的读者请参考Cavalcante et al.(2016),Weng et al.(2018)使用各种基于文本和基于指数的特征将集成方法应用于金融市场。为此目的进行的实验证明了我们的方法的可行性,即在严格的统计验证框架内,以高于给定市场基线的精度预测价格趋势变化。为了评估我们结论的可靠性,我们根据简单学习频率或概率分布的替代可能性测试结果,计算置信区间和p值,并通过缺口盒图进行视觉分析(McGillet al.,1978)。
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2022-6-11 05:10:09
本文的结果为处理大量噪声时间序列的复杂关系的许多实际问题的适用性提供了证据。我们的假设与byHo和Stoll(1983)提出的微观结构模型有关,该模型描述了股票的短期变化与相对于其他股票的库存演变之间的联系。该模型表明,a股的报价变化是对b股交易的反应,是基于cov(Ra,Rb)/σ(Rb)。这种股票交易的投资组合观点与金融领域普遍采用的多元化战略相一致,并为交易所交易基金(ETF)等非常流行的工具提供了支持,这些工具提供了分散风险的廉价手段。这项研究可能是金融经济学文献中持续时间最长的辩论。影响股票价格发现的因素的不可预测性使价格发现过程变得嘈杂(Chen等人,1986)。金融市场中信息获取过程的不可预测性(或随机性)与Fama(1965)和Fama(1970)所描述的有效市场假说以及randomwalk假说(Kendall和Hill,1953;Cootner,1964;Malkiel,1973)相一致。这些理论与我们关于股票市场存在时移相关性的假设相矛盾。与我们的预期一致,我们的结果提供了经过严格检验的经验证据,支持股票价格中存在时移相关性,这与随机游走理论相矛盾。
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2022-6-11 05:10:12
具体而言,我们的发现与Sitte和Sitte(2002)不一致,他们认为标准普尔500指数股票的价格发现过程是一个随机游走过程,因为人工神经网络无法提取任何信息,导致这些股票的预测高于平均水平。然而,我们的结果与之前通过Darrat和Zhong(2000)提出的人工神经网络在金融时间序列中不存在随机游动的证据一致,尽管证据很弱。有效市场假说与随机游走假说的一致性还表明,我们的发现与有效市场假说的大部分内容相矛盾,而有效市场假说得到了大量金融学术文献的广泛支持(Fama,1970;Doran et al.,2010)。然而,尽管随机游走假说的性质已经得到了显著的确立,但许多研究,如Lo和MacKinlay(1987),多年来一直质疑其有效性,而其他研究则提出了替代方案。例如,一种流行的替代假设是,股票回报可以用随机游走和平稳均值回复分量的总和来解释(Summers,1986;Fama和French,1988)。Loand MacKinlay(1987)也提出了有效市场假说是“不完全假说”的观点。本文并非试图调和金融文献中最长期存在的争论之一;相反,我们提出了一种基于市场微观结构理论和机器学习相结合的价格预测方法。2、相关研究2.1。时间序列趋势预测Saad等人(1998)明确指出,不同类型的人工神经网络用于时间序列趋势预测的可行性。其他类型的降噪,例如回声状态网络的PCA,已经进行了类似的研究,并报告了无显著成功(Lin等人,2009)。
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2022-6-11 05:10:15
虽然在已发表的文献中,回归梯度作为前馈神经网络输入特征的研究很少,但最近在自然语言处理中引入了小波方向导数的使用(Gibson et al.,2013)。基于导数的特征随后被应用于其他研究领域,例如统计学和数字信号处理(G’orecki和Luczak,2013;Baggenstoss,2015)。基于回归导数的趋势预测方法的成功使用了时间序列之间的滞后相关性,这为此类方法在时间序列应用中的可行性提供了额外的证据。具体而言,积极的结果显示了深度学习方法在此类场景中的价值和适用性。2.2. 股票市场作为一个用例,股票市场的价格变化在其核心是人类决策的结果,而这些决策又基于他们各自对股票未来表现的信念。股票不仅受到公司各自业绩的影响,还受到与后者没有直接联系的新信息的影响。例如,9·11袭击后对航空公司股价的负面影响,以及CEO个人健康状况下降的消息后的类似影响(Drakos,2004;Perryman等人,2010)。因此,价格变化是人类对其他人未来信念的信念的结果,这种信念可以被不确定地抹杀,是人类决策以及基于这些概念的自动化决策实施所创造的真实世界时间序列的一个例子,尤其是在高频交易中。可以得出结论,由于这些因素,历史股票价格的时间序列包含大量影响过程的新信息形式的噪音,以及人类决策中的偏差和错误。
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