الانتقال إلى المحتوى
جميع مستندات المكتبة

هندسة ميزات ETF للزخم والمؤشرات الفنية والحجم والعوائد

الكود Machine Learning for Trading

الملخص

تنشئ هذه المنظومة ميزات مالية لسير عمل نشر ETF من أسعار OHLCV ومنحنى العائد. وتشتق العوائد والعوائد المعدّلة حسب المخاطر عبر فترات استرجاع متعددة، وتسارع الزخم ونسب التقلب، ثم تضيف مؤشرات فنية شائعة مثل RSI وMACD وADX وCCI ومؤشرات التذبذب العشوائي ونسب المتوسطات المتحركة وموضع بولينجر. وتلتقط ميزات إضافية الانخفاضات من القمة والحجم مقارنة بتاريخه ومؤشر حجم التداول التراكمي والمسافة من القمم والقيعان السنوية والترتيب المقطعي.

يضيف سير العمل أيضاً سياق السوق: فهو يتطلب SPY وTLT لحساب الارتباط المتحرك لعوائدهما، ويطابق ميل منحنى العائد ودرجة زد المتحركة مع كل تاريخ سعري باستخدام أحدث مشاهدة متاحة. وتُستبعد ميزات HMM وGARCH من منظومة النماذج المصدرية لأن إعادة ملاءمتها عند النشر مكلفة؛ وتبقى ثلاثة مؤشرات لنظام مستمدة من العائد. هذه مدخلات مُهندسة، وليست استراتيجية مختبرة أو دليلاً على قيمة تنبؤية. وتعتمد النتائج على ترتيب صحيح وتواريخ مكتملة بما يكفي لكل رمز، وعلى توفر كل من الأصلين المرجعيين.

الأفكار الرئيسية

  • تُحسب ميزات الزخم والتقلب والميزات الشبيهة بنسبة شارب عبر آفاق نظر متعددة لكل ETF.
  • تصف المؤشرات الفنية ونسب السعر إلى المتوسطات المتحركة ظروف الاتجاه والنطاق والزخم.
  • تضيف ميزات الحجم والتراجع والمسافة من القمم والقيعان سياق السيولة وتاريخ الأسعار.
  • تقارن الرتب المقطعية ميزات العائد والمخاطر المختارة بين الرموز في كل تاريخ.
  • تُطابق مؤشرات منحنى العائد زمنياً إلى الوراء، بينما يلزم SPY وTLT لميزة الارتباط بين الأصول.
  • تستبعد مجموعة ميزات النشر أنظمة HMM والتقلب الشرطي GARCH؛ ولا تثبت أن الميزات المتبقية تتنبأ بالعوائد.

الوسوم

النص الكامل
# _etfs_features.py


```py
"""Financial-only feature pipeline for the ETFs deployment loop.

Mirrors the financial-feature subset of `case_studies/etfs/03_financial_features.py`
without the model-based path (HMM regimes, GARCH conditional volatility) and
without the QC/EDA cells. The source pipeline produces 57 columns; this module
intentionally drops HMM regimes and GARCH conditional volatility (expensive to
refit per-symbol on every data update, with limited IC contribution), leaving
the financial feature columns plus three regime indicators for the live
deployment.

Public API:
    compute_financial_features(prices, yield_curve) -> pl.DataFrame

The function expects the same canonical OHLCV schema produced by
`data.load_etfs()` and yield-curve frame built from FRED `dgs10` / `dgs2`.
"""

from __future__ import annotations

import numpy as np
import polars as pl
from ml4t.engineer.features.momentum import adx, aroon, cci, macd, rsi, stochastic
from ml4t.engineer.features.regime import choppiness_index, hurst_exponent
from ml4t.engineer.features.trend import ema, sma
from ml4t.engineer.features.volatility import natr
from ml4t.engineer.features.volume import obv

MOMENTUM_HORIZONS = [5, 10, 21, 42, 63, 126, 189, 252]
VOLATILITY_HORIZONS = [21, 63, 126, 252]
RANK_FEATURES = ["ret_126d", "sharpe_126d", "vol_63d"]
REGIME_THRESHOLD = 0.005

EXCLUDE_COLS = {
    "timestamp",
    "symbol",
    "open",
    "high",
    "low",
    "close",
    "volume",
    "log_return",
}


def build_yield_curve(macro_data: pl.DataFrame) -> pl.DataFrame:
    """Build the yield-curve slope frame the regime indicator expects.

    Args:
        macro_data: FRED macro frame with `timestamp`, `dgs10`, `dgs2`.

    Returns:
        DataFrame with columns: timestamp, yield_10y, yield_2y, slope.
    """
    return (
        macro_data.select(["timestamp", "dgs10", "dgs2"])
        .with_columns(
            (pl.col("dgs10") / 100).alias("yield_10y"),
            (pl.col("dgs2") / 100).alias("yield_2y"),
            ((pl.col("dgs10") - pl.col("dgs2")) / 100).alias("slope"),
        )
        .select(["timestamp", "yield_10y", "yield_2y", "slope"])
        .drop_nulls()
        .sort("timestamp")
    )


def _compute_momentum(df: pl.DataFrame) -> pl.DataFrame:
    df = df.sort(["symbol", "timestamp"])
    df = df.with_columns(
        [
            (
                pl.col("close") / pl.col("close").shift(h).over("symbol").clip(lower_bound=1e-8) - 1
            ).alias(f"ret_{h}d")
            for h in MOMENTUM_HORIZONS
        ]
    )
    df = df.with_columns(
        (pl.col("ret_252d") - pl.col("ret_21d")).alias("skip_recent_12_1"),
        (pl.col("ret_126d") - pl.col("ret_21d")).alias("skip_recent_6_1"),
    )
    df = df.with_columns(pl.col("close").log().diff().over("symbol").alias("log_return"))
    df = df.with_columns(
        [
            pl.col("log_return").rolling_std(h).over("symbol").mul(np.sqrt(252)).alias(f"vol_{h}d")
            for h in VOLATILITY_HORIZONS
        ]
    )
    df = df.with_columns(
        [
            (
                pl.col("log_return").rolling_sum(h).over("symbol")
                / pl.col("log_return").rolling_std(h).over("symbol")
                * np.sqrt(252 / h)
            ).alias(f"sharpe_{h}d")
            for h in MOMENTUM_HORIZONS
        ]
    )
    df = df.with_columns(
        (pl.col("ret_21d") - pl.col("ret_63d")).alias("mom_accel_short"),
        (pl.col("ret_63d") - pl.col("ret_126d")).alias("mom_accel_medium"),
        (pl.col("ret_126d") - pl.col("ret_252d")).alias("mom_accel_long"),
    )
    return df.with_columns(
        (pl.col("vol_21d") / pl.col("vol_63d")).alias("vol_ratio_short"),
        (pl.col("vol_63d") / pl.col("vol_126d")).alias("vol_ratio_medium"),
    )


def _compute_technicals(df: pl.DataFrame) -> pl.DataFrame:
    df = df.with_columns(
        rsi("close", period=7).over("symbol").alias("rsi_7"),
        rsi("close", period=14).over("symbol").alias("rsi_14"),
        macd("close", fast_period=12, slow_period=26).over("symbol").alias("macd_line"),
        adx("high", "low", "close", period=14).over("symbol").alias("adx_14"),
        cci("high", "low", "close", period=14).over("symbol").alias("cci_14"),
        cci("high", "low", "close", period=21).over("symbol").alias("cci_21"),
        stochastic("high", "low", "close", fastk_period=14).over("symbol").alias("stoch_k"),
    )
    df = (
        df.with_columns(aroon("high", "low", timeperiod=25).over("symbol").alias("_aroon_struct"))
        .with_columns(
            (
                pl.col("_aroon_struct").struct.field("up")
                - pl.col("_aroon_struct").struct.field("down")
            ).alias("aroon_diff")
        )
        .drop("_aroon_struct")
    )
    df = df.with_columns(
        (pl.col("close") / sma("close", period=50).over("symbol")).alias("sma_ratio_50"),
        (pl.col("close") / sma("close", period=200).over("symbol")).alias("sma_ratio_200"),
        (pl.col("close") / ema("close", period=26).over("symbol")).alias("ema_ratio_26"),
    )
    df = df.with_columns(
        pl.col("close").rolling_mean(20).over("symbol").alias("_bb_mid"),
        pl.col("close").rolling_std(20).over("symbol").alias("_bb_std"),
    )
    df = df.with_columns(
        (
            (pl.col("close") - (pl.col("_bb_mid") - 2 * pl.col("_bb_std")))
            / (4 * pl.col("_bb_std"))
        ).alias("bb_pctb_20")
    ).drop(["_bb_mid", "_bb_std"])
    return df.with_columns(natr("high", "low", "close", period=14).over("symbol").alias("natr_14"))


def _compute_regime_volume(df: pl.DataFrame) -> pl.DataFrame:
    df = df.with_columns(
        choppiness_index("high", "low", "close", period=14).over("symbol").alias("chop_14"),
        hurst_exponent("close", period=100).over("symbol").alias("hurst_100"),
    )
    df = df.with_columns(
        (
            (pl.col("close") - pl.col("close").rolling_max(63).over("symbol"))
            / pl.col("close").rolling_max(63).over("symbol").clip(lower_bound=1e-8)
        ).alias("max_dd_63d"),
        (
            (pl.col("close") - pl.col("close").rolling_max(126).over("symbol"))
            / pl.col("close").rolling_max(126).over("symbol").clip(lower_bound=1e-8)
        ).alias("max_dd_126d"),
    )
    df = df.with_columns(
        (
            pl.col("volume")
            / pl.col("volume").rolling_mean(21).over("symbol").clip(lower_bound=1e-8)
        ).alias("vol_ratio_21d_raw"),
        (
            pl.col("volume")
            / pl.col("volume").rolling_mean(63).over("symbol").clip(lower_bound=1e-8)
        ).alias("vol_ratio_63d_raw"),
    )
    df = df.with_columns(
        pl.col("vol_ratio_21d_raw")
        .clip(
            pl.col("vol_ratio_21d_raw").quantile(0.01).over("timestamp"),
            pl.col("vol_ratio_21d_raw").quantile(0.99).over("timestamp"),
        )
        .alias("vol_ratio_21d"),
        pl.col("vol_ratio_63d_raw")
        .clip(
            pl.col("vol_ratio_63d_raw").quantile(0.01).over("timestamp"),
            pl.col("vol_ratio_63d_raw").quantile(0.99).over("timestamp"),
        )
        .alias("vol_ratio_63d"),
    ).drop(["vol_ratio_21d_raw", "vol_ratio_63d_raw"])
    df = df.with_columns(obv("close", "volume").over("symbol").alias("_obv"))
    df = df.with_columns(
        (
            (pl.col("_obv") - pl.col("_obv").rolling_mean(63).over("symbol"))
            / pl.col("_obv").rolling_std(63).over("symbol")
        ).alias("obv_zscore_63d"),
    ).drop("_obv")
    df = df.with_columns(
        (pl.col("log_return") > 0)
        .cast(pl.Float64)
        .rolling_mean(63)
        .over("symbol")
        .alias("pct_positive_63d"),
    )
    return df.with_columns(
        (
            pl.col("close") / pl.col("close").rolling_max(252).over("symbol").clip(lower_bound=1e-8)
        ).alias("dist_52w_high"),
        (
            pl.col("close") / pl.col("close").rolling_min(252).over("symbol").clip(lower_bound=1e-8)
        ).alias("dist_52w_low"),
    )


def _compute_cross_asset(df: pl.DataFrame) -> pl.DataFrame:
    # Hard-fail when either anchor symbol is missing rather than silently
    # populating ``corr_spy_tlt_63d`` with NULLs (an empty inner-join would
    # do exactly that, which the model has never seen during training).
    available = set(df["symbol"].unique().to_list())
    missing = [s for s in ("SPY", "TLT") if s not in available]
    if missing:
        raise ValueError(
            f"_compute_cross_asset requires SPY and TLT in `prices`; missing: {missing}"
        )
    spy_ret = (
        df.filter(pl.col("symbol") == "SPY")
        .select(["timestamp", "log_return"])
        .rename({"log_return": "_spy_ret"})
    )
    tlt_ret = (
        df.filter(pl.col("symbol") == "TLT")
        .select(["timestamp", "log_return"])
        .rename({"log_return": "_tlt_ret"})
    )
    corr_df = (
        spy_ret.join(tlt_ret, on="timestamp", how="inner")
        .sort("timestamp")
        .with_columns(
            pl.rolling_corr(pl.col("_spy_ret"), pl.col("_tlt_ret"), window_size=63).alias(
                "corr_spy_tlt_63d"
            )
        )
        .select(["timestamp", "corr_spy_tlt_63d"])
    )
    return df.join(corr_df, on="timestamp", how="left")


def _add_cross_sectional_ranks(df: pl.DataFrame) -> pl.DataFrame:
    return df.with_columns(
        [
            (pl.col(c).rank().over("timestamp") / pl.col(c).count().over("timestamp")).alias(
                f"{c}_rank"
            )
            for c in RANK_FEATURES
        ]
    )


def _add_regime_indicators(
    df: pl.DataFrame, yield_curve: pl.DataFrame, threshold: float = REGIME_THRESHOLD
) -> pl.DataFrame:
    # Sort BEFORE the rolling computation: rolling_mean / rolling_std use the
    # incoming row order, and the trailing .sort() only orders the output —
    # not the rolling-window inputs. A caller that hands us an unsorted frame
    # would otherwise compute yield_curve_zscore on shuffled values.
    regime_df = (
        yield_curve.sort("timestamp")
        .with_columns(
            pl.when(pl.col("slope") > threshold).then(1).otherwise(0).alias("regime"),
            pl.col("slope").alias("yield_curve_slope"),
            (
                (pl.col("slope") - pl.col("slope").rolling_mean(252))
                / pl.col("slope").rolling_std(252)
            ).alias("yield_curve_zscore"),
        )
        .select(["timestamp", "regime", "yield_curve_slope", "yield_curve_zscore"])
    )
    return df.sort("timestamp").join_asof(regime_df, on="timestamp", strategy="backward")


def compute_financial_features(prices: pl.DataFrame, yield_curve: pl.DataFrame) -> pl.DataFrame:
    """Compute the financial-only feature subset for the ETFs deployment loop.

    Args:
        prices: OHLCV frame with columns timestamp, symbol, open, high, low, close, volume.
        yield_curve: Yield-curve frame from `build_yield_curve(load_macro())`.

    Returns:
        DataFrame with timestamp, symbol, the financial feature columns
        (momentum, technicals, regime-volume, cross-asset, cross-sectional ranks)
        plus three regime indicators (regime, yield_curve_slope,
        yield_curve_zscore). The exact count is pinned by ``feature_columns()``.
    """
    features = (
        prices.pipe(_compute_momentum)
        .pipe(_compute_technicals)
        .pipe(_compute_regime_volume)
        .pipe(_compute_cross_asset)
    )
    features = _add_cross_sectional_ranks(features)
    features = _add_regime_indicators(features, yield_curve)
    return features.sort(["symbol", "timestamp"])


def feature_columns(features: pl.DataFrame) -> list[str]:
    """Return the deployment-model feature column list (deterministic order)."""
    return sorted(c for c in features.columns if c not in EXCLUDE_COLS)

```

يُعرض النص كاملًا مع نسبه إلى مصدره وفقًا لترخيصه. الترخيص: MIT

أعدّ وكيل الأبحاث في Stratmill هذا الملخص استنادًا إلى المصدر الأصلي؛ وهو ليس نسخة منه.