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2022-06-11
英文标题:
《Kalman filter demystified: from intuition to probabilistic graphical
  model to real case in financial markets》
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作者:
Eric Benhamou
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  In this paper, we revisit the Kalman filter theory. After giving the intuition on a simplified financial markets example, we revisit the maths underlying it. We then show that Kalman filter can be presented in a very different fashion using graphical models. This enables us to establish the connection between Kalman filter and Hidden Markov Models. We then look at their application in financial markets and provide various intuitions in terms of their applicability for complex systems such as financial markets. Although this paper has been written more like a self contained work connecting Kalman filter to Hidden Markov Models and hence revisiting well known and establish results, it contains new results and brings additional contributions to the field. First, leveraging on the link between Kalman filter and HMM, it gives new algorithms for inference for extended Kalman filters. Second, it presents an alternative to the traditional estimation of parameters using EM algorithm thanks to the usage of CMA-ES optimization. Third, it examines the application of Kalman filter and its Hidden Markov models version to financial markets, providing various dynamics assumptions and tests. We conclude by connecting Kalman filter approach to trend following technical analysis system and showing their superior performances for trend following detection.
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中文摘要:
在本文中,我们回顾了卡尔曼滤波理论。在给出了一个简化的金融市场例子的直觉之后,我们重新审视了它背后的数学基础。然后,我们展示了使用图形模型可以以非常不同的方式表示卡尔曼滤波器。这使我们能够在卡尔曼滤波器和隐马尔可夫模型之间建立联系。然后,我们研究了它们在金融市场中的应用,并就其对金融市场等复杂系统的适用性提供了各种直觉。虽然本文的写作更像是将卡尔曼滤波器与隐马尔可夫模型联系起来,从而重新访问已知结果并建立结果,但它包含了新的结果,并为该领域带来了额外的贡献。首先,利用卡尔曼滤波器和HMM之间的联系,给出了新的扩展卡尔曼滤波器推理算法。其次,由于CMA-ES优化的使用,它为使用EM算法的传统参数估计提供了一种替代方法。第三,研究了卡尔曼滤波器及其隐马尔可夫模型版本在金融市场中的应用,提供了各种动力学假设和测试。最后,我们将卡尔曼滤波方法与趋势跟踪技术分析系统相结合,并展示了它们在趋势跟踪检测方面的优越性能。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Statistical Finance        统计金融
分类描述:Statistical, econometric and econophysics analyses with applications to financial markets and economic data
统计、计量经济学和经济物理学分析及其在金融市场和经济数据中的应用
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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 05:21:57
Kalman滤波:从直觉到概率图形模型到金融市场的真实案例Seri Benhamou1,2,*A、 I.SQUARE CONNECT,35 Boulevard d d\'Inkermann 92200 Neuilly sur Seine,法国拉姆萨德大学(UMR CNRS 7243)和巴黎多芬大学(Quantitative Management Initiative,Universit Paris Dauphine,Place du Marchal de Lattre de Tassiny,75016 Paris,Franciabstract)QMI(量化管理倡议)主席:在本文中,我们重新探讨了卡尔曼滤波理论。在给出了一个金融市场示例的直觉之后,我们重新审视了其背后的数学基础。然后,我们展示了卡尔曼滤波器可以使用图形模型以非常不同的方式呈现。这使我们能够在卡尔曼滤波器和隐马尔可夫模型之间建立联系。然后,我们研究了它们在金融市场中的应用,并就其对金融市场等复杂系统的适用性提供了各种直觉。虽然本文的写作更像是将卡尔曼滤波器与隐马尔可夫模型联系起来,从而重新审视众所周知的结果并建立结果,但它包含了新的结果,并为该领域带来了额外的贡献。首先,利用卡尔曼滤波器和HMM之间的联系,给出了新的扩展卡尔曼滤波器推理算法。其次,由于CMA-ES优化的使用,它为使用EM算法的传统参数估计提供了一种替代方案。第三,研究了卡尔曼滤波器及其隐马尔可夫模型版本在金融市场中的应用,提供了各种动力学假设和测试。最后,我们将卡尔曼滤波方法与趋势跟踪技术分析系统相结合,并展示了它们在趋势跟踪检测方面的优越性能。关键词和短语:卡尔曼滤波、隐马尔可夫模型、图形模型、CMA ES、趋势检测、系统交易。1.
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2022-6-11 05:22:00
导言金融领域最具挑战性的问题之一是能够从过去的观察中做出一些有意义的预测。显然,由于没有人是上帝,因此没有人最终能够百分之百准确地预测股票价格的最终走向。然而,在纯盲猜测和精确预测之间,还有改进和推理的空间。此外,如果我们能够以某种方式对股票价格的动态进行建模,并将一些噪音因素考虑到不可预测的人类行为,那么我们可以利用该模型信息进行informedestimate,从某种意义上说,这是一种有根据的猜测,不能错过大致的数字。它不会100%准确,但比纯粹的随机评估要好得多。事实上,使用模型和过滤噪声的这一科学问题已在各个领域得到广泛研究:控制理论领先于toKalman滤波器,马尔可夫过程领先于隐马尔可夫模型,以及最近使用贝叶斯概率图模型的机器学习。在这项工作中,我们重新审视这三个领域,给出一个教训*埃里克。benhamou@aisquareconnect.com,埃里克。benhamou@dauphine.euimsart-通用版本。2014年10月16日文件:文章\\u KalmanFilterDemystified。tex日期:2018年12月14日。Benhamou/Kalman filter阐述了这三种方法,并强调了Kalman filter和隐马尔可夫模型(HMM)之间的深刻联系,这得益于贝叶斯概率图形模型。我们尤其表明,一旦我们使用贝叶斯概率图形模型的更一般框架,卡尔曼滤波方程的推导就容易得多。特别是,我们证明了卡尔曼滤波方程只是对和积算法(也称为HMM的维特比算法)的重写。然后,我们为金融市场提供各种动态假设,并对其整体表现进行评价。
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2022-6-11 05:22:03
我们将这些交易系统与更简单的movingaverage趋势检测交易系统进行了比较,结果表明它们提供了更好的性能。2、直觉简而言之,卡尔曼滤波器是一种基于先前状态预测系统未来状态的方法。这是在20世纪60年代早期发现的,当时Kalman将该方法作为统计预测和过滤的不同方法引入(见Kalman(1960)和Kalman and Bucy(1961))。其思想是估计有噪声系统的状态。历史上,它是用来监测轨道飞行器的位置和速度的。然而,这可以应用于非物理系统,如经济系统。在这种特定的设置中,状态将由估计的方程而不是精确的物理定律来描述。我们将在第5节中强调这一点,该节涉及金融的实际应用。为了建立一种直觉,让我们看一个简单的例子——如果给你一个带绿点的数据(顺便说一句,它代表了2018年10月17日标准普尔500指数的预测卡尔曼滤波预测价格),那么通过从之前的样本推断趋势并推断信号的一些周期性,预测橙色点应该遵循似乎是合理的。然而,您对右侧的暗红色点有多大把握(仅10分钟后)?此外,如果你选择黑色系列(代表实际价格)而不是绿色系列,那么你对预测橙色点的把握有多大?从这个简单的例子中,我们可以学到三条重要的规则:o预测未来的远近不如预测未来的远近可靠。o数据的可靠性(噪音)影响预测的可靠性这还不足以做出预测——您还需要提供一个置信区间。imsart通用版本。
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2022-6-11 05:22:06
2014年10月16日文件:文章\\u KalmanFilterDemystified。tex日期:2018年12月14日。Benhamou/Kalman filter demysti 3图1:金融市场的一个简单示例为了建立Kalman filter的直觉,我们可以从这个简单的演示中概念化方法并解释Kalman filter是什么。首先,我们需要一个国家。状态是描述当前系统和执行其预测所需的所有参数的表示。在我们前面的例子中,我们可以用两个数字来定义状态:时间t时标普500的价格,用P(t)表示,以及时间t时价格的斜率,S(t)。通常情况下,状态是一个向量,通常表示为x。当然,如果希望适应更复杂的系统,可以包含更多参数。其次,我们需要一个模型。该模型描述了系统的行为方式。它提供了支配我们系统的基本方程。它可能是我们系统的理想表示或简化版本。它可以通过一些物理定律(如GPS系统的卡尔曼滤波器)或一些经验分析(如金融)进行调整。在标准卡尔曼滤波器中,模型始终是状态的线性函数。在扩展卡尔曼滤波器中,它是状态的非线性函数。在我们之前的示例中,我们的模型可以是:o时间t的价格p(t)作为之前的价格p(t)获得-1) 加上时间t的斜率-1: s(t)- 1) p(t)=p(t- 1) +s(t-1) (2.1)o斜率随时间变化,周期正弦函数ψ(t)=a sin(bt+c)s(t)=s(t- 1) +ψ(t)(2.2)通常,我们以矩阵形式表示该模型以使其简单化。我们有p(t)s(t)| {z}xt=1 10 1| {z}F·p(t- 1) s(t)- 1)| {z}xt-1+0 00 1·ψ(t)| {z}Bt·ut(2.3)在上述等式中,根据标准惯例,我们用xt=(p(t),s(t))t表示,即结合价格p(t)和斜率s(t)的状态向量。
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2022-6-11 05:22:09
我们用ut=(0,ψ(t))t表示,控制向量。控制向量的基本思想是,它可以以某种方式控制状态向量的动态。前面的方程(2.3)被称为状态方程,并写入xt=F·xt-1+Bt·ut(2.4)imsart通用版本。2014年10月16日文件:文章\\u KalmanFilterDemystified。tex日期:2018年12月14日。Benhamou/Kalman Filter 4当然,我们的模型太简单了,否则我们就不需要Kalman Filter了!为了使它更真实,我们添加了一个额外的术语-噪声过程,它表示我们在模型中无法测量的任何其他项。虽然我们不知道噪声的实际值,但我们假设我们可以估计噪声的“噪声”程度,并可以对噪声分布作出假设。在标准的Kalman建模中,我们保持简单,并假设该噪声为正态分布。为了测量噪声的“噪声”程度,我们参考了正态分布的方差,将噪声wt-1、状态方程修改为:xt=Fxt-1+Bt·ut+wt-1(2.5)第三,我们需要使用度量来改进我们的模型。当新数据到来时,我们希望更改模型参数的值,以反映我们对状态动力学的更好理解。我们将分两步进行:做出预测,然后根据时间t内发生的情况进行修正。这里有一个微妙之处。我们衡量的不一定是各州。它必须是相关的,但不是相同的。例如,在GPS的卡尔曼滤波系统中,状态可能是GPS的加速度、速度和位置,而我们测量的可能是车辆的位置和车轮速度。在我们的财务示例中,我们可能只能观察价格,而不能观察斜率。因此,我们的措施仅限于此特定设置中的价格。
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