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2022-06-14
英文标题:
《Data-driven Neural Architecture Learning For Financial Time-series
  Forecasting》
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作者:
Dat Thanh Tran, Juho Kanniainen, Moncef Gabbouj, Alexandros Iosifidis
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最新提交年份:
2019
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英文摘要:
  Forecasting based on financial time-series is a challenging task since most real-world data exhibits nonstationary property and nonlinear dependencies. In addition, different data modalities often embed different nonlinear relationships which are difficult to capture by human-designed models. To tackle the supervised learning task in financial time-series prediction, we propose the application of a recently formulated algorithm that adaptively learns a mapping function, realized by a heterogeneous neural architecture composing of Generalized Operational Perceptron, given a set of labeled data. With a modified objective function, the proposed algorithm can accommodate the frequently observed imbalanced data distribution problem. Experiments on a large-scale Limit Order Book dataset demonstrate that the proposed algorithm outperforms related algorithms, including tensor-based methods which have access to a broader set of input information.
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中文摘要:
基于金融时间序列的预测是一项具有挑战性的任务,因为大多数真实数据都具有非平稳性和非线性依赖性。此外,不同的数据模式往往嵌入不同的非线性关系,这些关系很难由人工设计的模型捕捉。为了解决金融时间序列预测中的有监督学习任务,我们提出了一种新的算法,该算法在给定一组标记数据的情况下,通过由广义操作感知器组成的异构神经结构来自适应学习映射函数。通过修改目标函数,该算法可以适应频繁观测到的不平衡数据分布问题。在大规模限价订单数据集上的实验表明,该算法优于相关算法,包括基于张量的方法,这些方法可以访问更广泛的输入信息集。
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分类信息:

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: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: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: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 07:40:03
用于金融时间序列预测的数据驱动神经架构学习Dat Thanh Tran1、Juho Kanniaine1、Moncef Gabbouj1和Alexandros Iosifidis2芬兰坦佩雷科技大学信号处理实验室2丹麦奥胡斯大学ECE工程系{Dat.tranthanh、Juho.kanniainen、Moncef.gabbouj}@tut。菲,亚历山德罗斯。iosifidis@eng.au.dk摘要基于金融时间序列的预测是一项具有挑战性的任务,因为大多数真实数据都具有非平稳性和非线性依赖性。此外,不同的数据模式往往嵌入不同的非线性关系,这些关系很难由人工设计的模型捕捉。为了解决金融时间序列预测中的有监督学习任务,我们提出了一种新的算法,该算法在给定一组标记数据的情况下,通过由广义操作感知器组成的异构神经结构来自适应学习映射函数。通过修改目标函数,该算法可以适应频繁观测到的不平衡数据分布问题。在大规模限价订单数据集上的实验表明,该算法优于相关算法,包括基于张量的方法,这些方法可以访问更广泛的输入信息集。神经结构学习,广义运算感知器,极限订单预测1。市场的不稳定、动态性和海量数据的可用性为分析师提供了机遇和挑战。这一问题在高频交易(HFT)中更具挑战性,高频交易通常涉及快速而复杂的数据移动。
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2022-6-14 07:40:06
过去已经提出了几种数学模型来模拟金融市场的某些特性,并预测资产价格、股票趋势等。传统的数学模型对生成数据的基本过程进行了许多假设,这在实际情况中通常是不现实的。随着计算硬件的进步和大量数据的聚集,最近提出了越来越复杂的模型,这些模型施加的假设越来越少,并利用了现代计算能力,例如,[11、13、14]。如今,从业者正在从传统的自回归模型,如自回归综合移动平均(ARIMA)[10]转向回归树集合[18]或人工神经网络[11、13、14]。事实上,统计机器已被证明在不同的情况下优于ARIMA模型[5]。虽然与传统模型相比,基于神经网络的解决方案可以覆盖更丰富的变换集,并允许低成本的推理,但网络设计通常基于启发式,因此实际上对不同的问题施加了固定的函数形式。另一方面,集成方法(如Random Forest[7])通过聚合基于当前问题发现的弱分类器集合,没有此类限制。然而,分类器集成在推理过程中需要巨大的操作成本。在财务预测中,来自不同市场或股票的不同数据源往往具有不同的非线性关系,因此需要不同的转换。事实上,许多应用领域都是如此。
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2022-6-14 07:40:09
为了在利用基于神经网络的解决方案的同时解决上述问题,已经提出了一些在其他应用领域自动学习网络拓扑的工作[1、3、12、19、20]。基于类似的动机,在这项工作中,我们采用了最近提出的异构多层广义操作感知器(HeMLGOP)算法[19],以逐步学习具有潜在目标不平衡问题的给定财务预测问题的异构神经架构。自适应修改了不同目标类产生的均方误差(MSE),以防止HeMLGOP学习偏向大多数类的网络架构。事实上,解决数据分布不平衡问题之前已经证明可以提高财务预测系统的性能【17】。正如名称所示,HeMLGOP使用广义操作感知器(GOP)作为神经元模型,该模型旨在封装广泛的非线性变换,并显示出超过传统McCulloch-Pitts模型的学习能力[6]。本文的剩余部分组织如下:在第2节中,我们将回顾广义操作感知器模型和其他相关的渐进式神经结构学习算法。在第3节中,我们将介绍改进的HeMLGOP算法,然后是第4节中的实验。我们在第5节结束我们的工作。2、相关工作广义操作感知器(GOP)是文献[6]中提出的一种神经元模型。GOP的主要思想是通过在三种不同的操作中表达神经元诱导的转化来更好地模拟哺乳动物中观察到的生物神经元:节点操作、池操作和激活操作。
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2022-6-14 07:40:12
允许 是输入(     ),  和,    和  是GOP的节点、池和激活操作员,按顺序执行以下操作:                                        (1)                                   (2)                                                   (3) 在哪里  和  表示可调节的突触重量和偏差项。简言之,节点操作通过使用突触权重来修改传入信号。合并操作总结了修改后的信号,还结合了偏差项,激活操作执行阈值步骤。每个GOP从预定义的一组操作符中选择其节点、池和激活操作符,即。,        . 在[6]中可以找到一组运算符的示例。在本文中,术语操作符集是指节点操作符、池操作符和激活操作符的特定组合。通过基于给定数据学习算子集分配及其权重,使用GOPs的算法可以生成特定于问题的体系结构。GOP的作者提出了一种称为渐进式操作感知器(POP)的算法,该算法对于大规模数据集来说是计算密集型的。对于感兴趣的读者,有关POP的详细信息,请参见[6]。已经进行了类似的尝试,以学习基于传统感知器或径向基函数的完全连接的前馈网络,如堆叠极限学习机(S-ELM)[15]、广义学习系统(BLS)[3]或最近的渐进式学习系统(PLS)[1]。我们的算法与上述算法的相似之处在于利用了一个众所周知的随机化过程[2]。
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2022-6-14 07:40:15
然而,与S-ELM、BLS或PLN不同,HeMLGOP算法利用GOP从更丰富的函数集构建神经架构。3、异构多层广义操作感知器为了定义特定于问题的架构,HeMLGOP采用渐进式学习范式,通过在每一步添加新的GOP块来逐步扩展网络拓扑。该算法在每一步都搜索合适的算子集分配,允许异构性,即一个隐藏层可以有具有不同算子集的GOP。给定预定义的块大小,HeMLGOP按以下方式顺序添加新块:如果上一步中未终止最后一个隐藏层中的前进,则将新块添加到最后一个隐藏层,并将第二个最后一个隐藏层的输出作为输入。否则,新块将形成一个新的隐藏层,将最后一个隐藏层的输出作为输入。当网络性能饱和时,隐藏层中的增量停止。这是通过将性能改善率与给定阈值进行比较来量化的. 特别地,当前隐藏层中的进程在以下情况下终止                                           (4) 在哪里  分别是当前步骤和上一步骤的损耗值。在新块完全学习后,即选择合适的操作符集并优化其权重后,检查(4)中的准则。当当前隐藏层完全增长时,将评估其是否包含在最终拓扑中。
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