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2022-06-14
英文标题:
《Financial Applications of Gaussian Processes and Bayesian Optimization》
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作者:
Joan Gonzalvez, Edmond Lezmi, Thierry Roncalli, Jiali Xu
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最新提交年份:
2019
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英文摘要:
  In the last five years, the financial industry has been impacted by the emergence of digitalization and machine learning. In this article, we explore two methods that have undergone rapid development in recent years: Gaussian processes and Bayesian optimization. Gaussian processes can be seen as a generalization of Gaussian random vectors and are associated with the development of kernel methods. Bayesian optimization is an approach for performing derivative-free global optimization in a small dimension, and uses Gaussian processes to locate the global maximum of a black-box function. The first part of the article reviews these two tools and shows how they are connected. In particular, we focus on the Gaussian process regression, which is the core of Bayesian machine learning, and the issue of hyperparameter selection. The second part is dedicated to two financial applications. We first consider the modeling of the term structure of interest rates. More precisely, we test the fitting method and compare the GP prediction and the random walk model. The second application is the construction of trend-following strategies, in particular the online estimation of trend and covariance windows.
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中文摘要:
在过去五年中,金融业受到了数字化和机器学习的影响。在本文中,我们探讨了近年来快速发展的两种方法:高斯过程和贝叶斯优化。高斯过程可以看作是高斯随机向量的推广,与核方法的发展有关。贝叶斯优化是一种在小维度上执行无导数全局优化的方法,它使用高斯过程来定位黑箱函数的全局最大值。文章的第一部分回顾了这两个工具,并展示了它们是如何联系在一起的。特别是,我们重点研究了高斯过程回归,这是贝叶斯机器学习的核心,以及超参数选择问题。第二部分介绍两个金融应用程序。我们首先考虑利率期限结构的建模。更准确地说,我们测试了拟合方法,并比较了GP预测和随机游走模型。第二个应用是构建趋势跟踪策略,特别是在线估计趋势和协方差窗口。
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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: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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2022-6-14 07:01:21
高斯过程和贝叶斯优化的金融应用*Joan GonzalvezQuantitative ResearchAmundi资产管理公司,巴黎。gonzalvez@amundi.comEdmondLezmiQuantitative ResearchAmundi资产管理公司,Parisedmond。lezmi@amundi.comThierryRoncalliQuantitative ResearchAmundi资产管理,巴黎。roncalli@amundi.comJialiXuQuantitative ResearchAmundi资产管理公司,巴黎佳利。xu@amundi.comFebruary2019年摘要过去五年,金融业受到数字化和机器学习的影响。在本文中,我们探讨了近年来发展迅速的两种方法:高斯过程和贝叶斯优化。高斯过程可以看作是高斯随机向量的推广,与核方法的发展有关。贝叶斯优化是一种在小维度上执行无导数全局优化的方法,它使用高斯过程来定位黑盒函数的全局最大值。文章的第一部分回顾了这两种工具,并展示了它们之间的联系。特别是,我们重点关注高斯过程回归,这是贝叶斯机器学习的核心,以及超参数选择问题。第二部分专门讨论两个金融应用。我们首先考虑利率期限结构的建模。更准确地说,我们测试了拟合方法,并比较了GP预测和随机游走模型。
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2022-6-14 07:01:24
第二个应用是趋势跟踪策略的构建,尤其是趋势和协方差窗口的在线估计。关键词:高斯过程、贝叶斯优化、机器学习、核函数、超参数选择、正则化、时间序列预测、资产配置、组合优化、趋势跟踪策略、移动平均估值器、ADMM、Cholesky技巧。JEL分类:C61、C63、G11。*我们要感谢Elisa Baku和Thibault Bourgeron的有益评论。高斯过程和贝叶斯优化的金融应用1简介本文探讨了高斯过程和贝叶斯优化在金融中的应用。这两种工具在机器学习社区中取得了成功。近年来,机器学习算法被应用于风险管理、资产管理、期权交易和做市。尽管对早期的实施持怀疑态度,但我们今天必须认识到,机器学习正在改变金融世界。银行、资产管理公司、对冲基金和机器人顾问在这些技术上投入了大量资金,所有报告都认为这只是一个开始(麦肯锡,2015;经合组织,2017;奥利弗·维曼,2018)。甚至监管机构也在密切关注这一发展及其对金融业的影响(FSB,2017)。当然,最令人印象深刻的指标是金融就业市场的演变(BCG,2018)。如今,quant-FinancineMist的申请人拥有机器学习证书,或者至少拥有该技术的知识和Python编程语言的经验。在我们之前的两项工作中,我们重点关注资产配置和投资组合构建。在Bourgeron et al.(2018)中,我们讨论了如何为机器人顾问设计一个全面的自动化投资组合优化模型。
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2022-6-14 07:01:27
在Richard和Roncalli(2019)中,当我们考虑风险预算投资组合而不是均值-方差投资组合时,我们扩展了这种方法。第三篇论文继续介绍机器学习技术的“地平线之旅”,这些技术对资产管理挑战非常有用。然而,自从我们远离投资组合优化以来,我们正在显著改变方向,我们对估计和预测问题感兴趣。高斯过程是高斯随机向量的推广,可以看作是一般连续函数上的随机过程。这是因为它用核函数代替了传统的协方差矩阵,并且得益于核方法的强大功能。这种方法的核心是计算条件分布。在aBayesian框架中,这相当于从先验分布计算后验分布。由于线性回归是随机变量为高斯时条件期望问题的解决方案,因此可以直接定义高斯过程回归,这是一种强大的半参数机器学习模型(Rasmussenand Williams,2006),已成功用于地质统计学(Cressie,1993),多任务学习(Alvarez et al.,2012)或机器人学和强化学习(Deisenroth et al.,2015)。贝叶斯优化是一种用于解决黑盒优化问题的方法(Bochu et al.,2009;Frazier,2018),其中目标函数不明确且评估成本高昂。如果无法获得目标函数的梯度向量,通常的拟牛顿法或梯度下降法是不可用的。贝叶斯优化将未知函数建模为随机高斯过程的替代物,并用一系列更简单的优化问题来代替难以解决的原始问题。
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2022-6-14 07:01:30
在这种情况下,GPs似乎是贝叶斯优化的一种工具。通常,财务模型取决于运行模型之前必须确定的一些外部参数。贝叶斯优化主要关注这些外部参数的估计,这些外部参数被称为超参数。例如,移动平均估值器的长度、投资者的风险规避或资产回报协方差矩阵的窗口。本文的组织结构如下。第二节回顾了高斯过程和贝叶斯优化的数学。特别地,我们介绍了高斯过程回归技术,并讨论了超参数选择问题。在第三节中,我们使用高斯过程来拟合利率的期限结构,并展示如何将其用于预测收益率曲线。第三部分的第二个应用涉及趋势跟踪策略超参数的在线估计。最后,第四节给出了一些结论。高斯过程和贝叶斯优化的金融应用2高斯过程和贝叶斯优化入门在本节中,我们定义了高斯过程机器学习中使用的主要概念和技术。在回归和分类问题中,它们用于插值、外推和模式发现,而核函数的选择是其核心。与许多监督学习算法相反,GPs具有估计预测方差或测试样本置信域的独特特性。
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2022-6-14 07:01:33
此功能有助于全局优化,并有助于改进目标函数,因为可以根据模型的可信度评估评估样本。贝叶斯优化是一种用于解决黑盒优化问题的统计方法,在黑盒优化问题中,目标函数不明确或评估成本不高。由于目标函数的梯度难以评估或未知,因此下降法无法使用。在这种情况下,贝叶斯优化将未知目标函数替换为随机高斯过程,将棘手的原始问题替换为一系列简单优化问题。这解释了为什么高斯过程和贝叶斯优化密切相关。2.1高斯过程2.1.1定义集X是Rd中的一个集合。高斯过程是{f(X),X∈ 十} 这样对anyn来说∈ N和x,xn公司∈ 十、 随机向量(f(X),f(xn))具有联合多变量高斯分布(Rasmussen和Williams,2006)。因此,我们可以通过其平均函数m(x)=E[f(x)]和协方差函数K(x,x)=cov(f(x),f(x))=E[(f(x))来表征GP- m(x))(f(x)- 协方差函数K(x,x)是高斯过程分析的核心,被称为“核”函数。在机器学习中,最常用的核函数是平方指数核,它由:KSE(x,x)=exp-kx公司- xk公司(1) 对于x∈ Rd和x∈ 第三条备注1。在下面的内容中,我们假设m(x)=0而不丧失一般性。2.1.2高斯过程回归给定一个训练集{(xi,yi)}ni=1个特征,高斯过程回归(GPR)的目标是预测f(x?)对于一些新输入x?∈ 注册护士?对于这一点,我们采用贝叶斯框架,并在x=(x,…)的条件下计算GP的后验分布。
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