المشفرات التلقائية الخاضعة للإشراف للتنبؤ المالي
الملخص
يعرض هذا الرمز بنية مشفر تلقائي خاضع للإشراف للتنبؤ انطلاقاً من سمات مالية. يضغط المشفّر المدخلات المطبّعة إلى طبقة اختناق، بينما يعيد مفكك الترميز بناء المدخلات بوصف ذلك مهمة تنظيمية. تعمل طبقة تنبؤ مساعدة على إعادة البناء، وتجمع شبكة رئيسية أكبر السمات الأصلية المطبّعة مع التمثيل المشفّر عبر وصلة تخطٍ. يدعم النموذج مخرجات التصنيف والانحدار.
يستخدم التدريب تطبيع الدفعات وتنشيطات Swish وضوضاء إدخال غاوسية وإسقاطاً عشوائياً. تضبط عملية التنفيذ معلمات تطبيع الدفعات لتطابق الإعدادات الافتراضية في Keras، مع الإشارة إلى أن PyTorch يستخدم اصطلاحاً مختلفاً للزخم، وأن إعداداته الافتراضية قد تجعل الإحصاءات المتحركة شديدة الاستجابة للمقطع العرضي الأحدث في اللوحات المرتبة زمنياً. ينتقل مساعد التنبؤ إلى وضع التقييم ثم يعيد الوضع السابق. تشرح الوثيقة خيارات البنية والتنفيذ، لكنها لا تقدم نتائج معيارية أو دليلاً على أن النموذج يحسن أداء التداول؛ إذ تعتمد هذه النتائج على البيانات وإجراءات التدريب وتصميم التقييم.
الأفكار الرئيسية
- تجمع البنية بين إعادة بناء السمات وأهداف التنبؤ المساعدة والرئيسية.
- تستخدم شبكة التنبؤ الرئيسية المدخلات الأصلية وتمثيل المشفّر معاً.
- توفر الضوضاء الغاوسية والإسقاط العشوائي تنظيماً، بينما تشكل Swish وتطبيع الدفعات طبقات الشبكة.
- اختيرت إعدادات تطبيع الدفعات لمطابقة سلوك Keras وتقليل الحساسية للدفعات الحديثة في اللوحات المرتبة زمنياً.
- يدعم الرمز التصنيف والانحدار، لكنه لا يعرض نتائج مقارنة للتنبؤ أو التداول.
الوسوم
النص الكامل
# sae.py
```py
"""Supervised Autoencoder (Jane Street architecture).
Three-headed network:
1. Decoder: reconstructs input features (regularization)
2. Aux Head: predicts from bottleneck (forces predictive embedding)
3. Main Head: full MLP with skip connection (best predictions)
Features: BatchNorm, Swish activation, GaussianNoise, skip connections.
Supports both classification (sigmoid) and regression (linear) output.
"""
from __future__ import annotations
import torch
import torch.nn as nn
class Swish(nn.Module):
"""Swish activation: x * sigmoid(x).
Also known as SiLU. Implemented explicitly for pedagogical clarity.
Better than ReLU: smooth, non-monotonic, self-gated, no dead neurons.
"""
def forward(self, x: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
return x * torch.sigmoid(x)
class GaussianNoise(nn.Module):
"""Additive Gaussian noise during training (dropout alternative).
Unlike dropout (multiplicative), this adds continuous noise.
Better for continuous features where we want uncertainty, not zeroing.
Args:
std: Standard deviation of noise to add
"""
def __init__(self, std: float = 0.1):
super().__init__()
self.std = std
def forward(self, x: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
if self.training:
noise = torch.randn_like(x) * self.std
return x + noise
return x
class SupervisedAutoencoder(nn.Module):
"""Jane Street Supervised Autoencoder MLP.
Three-headed architecture:
1. Decoder: reconstructs input features (regularization)
2. Aux Head: predicts from bottleneck (forces predictive embedding)
3. Main Head: full MLP with skip connection (best predictions)
Args:
n_features: Number of input features
n_labels: Number of output labels
hidden_units: Hidden layer sizes [encoder, decoder_mlp, mlp1, mlp2, ...]
dropout_rates: Dropout rates for each position
noise_std: Standard deviation for input noise
output_activation: "sigmoid" for classification, "linear" for regression
"""
# Keras `BatchNormalization()` defaults are eps=1e-3, momentum=0.99 for the
# running-stat update. PyTorch flips the convention: `momentum` is the weight
# given to the new batch, so the Keras-equivalent is 1 - 0.99 = 0.01. Using
# PyTorch's defaults (eps=1e-5, momentum=0.1) makes eval-time stats
# heavily skew toward the last training cross-section seen in each epoch,
# producing chronological drift on financial panels.
BN_EPS = 1e-3
BN_MOMENTUM = 0.01
def __init__(
self,
n_features: int,
n_labels: int = 1,
hidden_units: list[int] | None = None,
dropout_rates: list[float] | None = None,
noise_std: float = 0.035,
output_activation: str = "sigmoid",
):
super().__init__()
if hidden_units is None:
hidden_units = [96, 96, 896, 448, 448, 256]
if dropout_rates is None:
dropout_rates = [0.035, 0.038, 0.424, 0.104, 0.492, 0.320, 0.272, 0.438]
if len(hidden_units) != 6:
raise ValueError(
f"hidden_units must contain exactly 6 entries (encoder, aux_hidden, "
f"main_mlp_1..4); got {len(hidden_units)}"
)
if len(dropout_rates) != 8:
raise ValueError(
f"dropout_rates must contain exactly 8 entries (noise, decoder, aux, "
f"main_input, main_1..4); got {len(dropout_rates)}"
)
if output_activation not in {"sigmoid", "linear", "identity"}:
raise ValueError(
f"output_activation must be 'sigmoid' / 'linear' / 'identity'; "
f"got {output_activation!r}"
)
self.n_features = n_features
self.n_labels = n_labels
self.output_activation = output_activation
bn_eps = self.BN_EPS
bn_mom = self.BN_MOMENTUM
# Encoder: input -> bottleneck
self.input_bn = nn.BatchNorm1d(n_features, eps=bn_eps, momentum=bn_mom)
self.input_noise = GaussianNoise(noise_std)
self.encoder = nn.Sequential(
nn.Linear(n_features, hidden_units[0]),
nn.BatchNorm1d(hidden_units[0], eps=bn_eps, momentum=bn_mom),
Swish(),
)
# Decoder: reconstruct input from bottleneck
self.decoder_dropout = nn.Dropout(dropout_rates[1])
self.decoder = nn.Linear(hidden_units[0], n_features)
# Auxiliary head: predict from decoder output
def _make_output_act() -> nn.Module:
return nn.Sigmoid() if output_activation == "sigmoid" else nn.Identity()
self.aux_head = nn.Sequential(
nn.Linear(n_features, hidden_units[1]),
nn.BatchNorm1d(hidden_units[1], eps=bn_eps, momentum=bn_mom),
Swish(),
nn.Dropout(dropout_rates[2]),
nn.Linear(hidden_units[1], n_labels),
_make_output_act(),
)
# Main MLP head with skip connection
concat_dim = n_features + hidden_units[0]
self.main_bn = nn.BatchNorm1d(concat_dim, eps=bn_eps, momentum=bn_mom)
self.main_dropout_input = nn.Dropout(dropout_rates[3])
mlp_layers: list[nn.Module] = []
in_dim = concat_dim
for i, out_dim in enumerate(hidden_units[2:]):
mlp_layers.extend(
[
nn.Linear(in_dim, out_dim),
nn.BatchNorm1d(out_dim, eps=bn_eps, momentum=bn_mom),
Swish(),
nn.Dropout(dropout_rates[min(i + 4, len(dropout_rates) - 1)]),
]
)
in_dim = out_dim
self.main_mlp = nn.Sequential(*mlp_layers)
self.main_output = nn.Sequential(
nn.Linear(in_dim, n_labels),
_make_output_act(),
)
def forward(self, x: torch.Tensor) -> tuple[torch.Tensor, torch.Tensor, torch.Tensor]:
"""Forward pass returning all three outputs.
Returns:
decoded: reconstructed features (for MSE loss)
aux_pred: auxiliary predictions
main_pred: main predictions (best quality)
"""
x_norm = self.input_bn(x)
x_noisy = self.input_noise(x_norm)
encoded = self.encoder(x_noisy)
decoded = self.decoder(self.decoder_dropout(encoded))
aux_pred = self.aux_head(decoded)
concat = torch.cat([x_norm, encoded], dim=1)
concat = self.main_bn(concat)
concat = self.main_dropout_input(concat)
mlp_out = self.main_mlp(concat)
main_pred = self.main_output(mlp_out)
return decoded, aux_pred, main_pred
def predict(self, x: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
"""Main predictions only (for inference).
Forces ``eval`` mode so dropout, Gaussian noise, and BatchNorm batch
statistics never leak into predictions even if the caller forgot to
switch the model out of training mode. Restores the prior mode on exit.
"""
was_training = self.training
self.eval()
try:
with torch.no_grad():
_, _, main_pred = self.forward(x)
return main_pred
finally:
self.train(was_training)
```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.