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Kausales DML zur Wirkung der Varianzrisikoprämie auf Optionsrenditen

Code Machine Learning for Trading

Zusammenfassung

Dieses Notebook definiert und berechnet eine Double-Machine-Learning-Analyse zur Wirkung der Varianzrisikoprämie auf die Renditen von S&P-500-Optionen bis zum Verfall. Vor der Ausführung macht es Zielgröße, beobachteten Zeitbezug, Störfaktoren, zeitliches Kreuzvalidierungsverfahren, Störgrößenmodell, HAC-Kovarianzdesign und Placebo-Widerlegung sichtbar. Im Vorschaumodus wird der aufgelöste Auftrag erst ausgeführt, nachdem Vorschau-Reduktionen festgelegt wurden. Das Notebook prüft, ob das Ergebnis vollständig ist und der geplanten Identität entspricht.

Das Notebook dokumentiert außerdem eine Änderung am Placebovergleich: Es vergleicht nun HAC-t-Statistiken statt roher Effektschätzungen, da Blockpermutationen die Residualvarianz der Behandlung verändern und Placeboeffekte dadurch irreführend eng ausfallen können. Ein früheres Ergebnis dient als Motivation; die angegebene Funktion des Notebooks besteht jedoch darin, die Berechnung zu validieren und zu veröffentlichen, nicht die neue kausale Schätzung zu interpretieren. Kausale Schlussfolgerungen erfordern daher einen separaten Analyseschritt und hängen weiterhin von den festgelegten Kontrollen, Zeitannahmen und dem Widerlegungsdesign ab.

Kernaussagen

  • Die Analyse schätzt eine kausale Wirkung der Varianzrisikoprämie auf Renditen bis zum Verfall von Optionen.
  • Vor der Berechnung legt das Notebook Zielgröße, Zeitbezug, Störfaktoren, Folds, Kovarianzmethode und Placebo-Design offen.
  • Der Vergleich von HAC-t-Statistiken bei der Placebo-Widerlegung berücksichtigt Varianzunterschiede durch Behandlungspermutationen.
  • Vor der Veröffentlichung muss ein Ergebnis vollständig sein und der Identität des aufgelösten Auftrags entsprechen.
  • Dieses Ausführungs-Notebook übergibt Schätzungen zur separaten Interpretation und beansprucht selbst kein neues empirisches Ergebnis.

Schlagwörter

Volltext
# 10_causal_dml.py


```py
# ---
# jupyter:
#   jupytext:
#     cell_metadata_filter: tags,-all
#     text_representation:
#       extension: .py
#       format_name: percent
#       format_version: '1.3'
#       jupytext_version: 1.19.3
#   kernelspec:
#     display_name: Python 3 (ipykernel)
#     language: python
#     name: python3
# ---

# %% [markdown]
# # S&P 500 Options: Causal DML Execution
#
# This notebook estimates the effect of the variance-risk-premium treatment on the
# return-to-expiry outcome. It declares the request through the shared causal boundary and exposes
# the resolved estimand, timing, confounders, nuisance model, covariance design, and refutation
# protocol before execution.
#
# `11_model_analysis` interprets the causal estimates. This notebook validates the computation
# and publishes its artifact only.
#
# Prerequisites: `03_financial_features`, `04_model_based_features`, and `05_evaluation`.

# %%
"""Execute the declared S&P 500 options causal DML request."""

import polars as pl

from case_studies.research import causal_supersedes
from case_studies.sp500_options.research_workflow import open_study

# %% tags=["parameters"]
EXECUTION_TIER = "canonical"
WORKSPACE: str = ""
PREVIEW_REDUCTIONS: dict = {}
# Retired by this run: the block-permutation refutation now compares the HAC t-statistic
# rather than the raw effect, so CAUSAL_RUNNER_VERSION moved and every causal identity with
# it. The rows named here hold a p-value computed on the shrunken placebo effects; this run
# supersedes them rather than correcting them, because the statistic is different, not the
# arithmetic. Read out of each registry's current canonical identity per label, 2026-09-10.
SUPERSEDES_CAUSAL: str = "d034b82943c5"

# %% [markdown]
# ## Declared and resolved request
#
# A preview must declare all sample, symbol, fold, or placebo reductions. Canonical execution uses
# the complete pre-holdout analysis population.
#
# ### What `SUPERSEDES_CAUSAL` retires here
#
# `CausalResult.one` resolves a label to exactly one canonical identity, so a refit has to name the
# identity it replaces or the registry is left with two and refuses. The retired identity is
# `d034b82943c5`.
#
# What changed is the refutation statistic, not the fit. The placebo loop used to compare each
# permuted run's *effect estimate* against the observed effect. Block-permuting the treatment frees
# it from the controls, so the first stage can no longer predict it and its residual keeps nearly
# all its variance. That residual variance is the whole denominator of the second-stage effect, so
# every placebo effect is divided by a larger number than the observed one and the placebo
# distribution comes out narrower than the null it stands for. The bias runs one way, toward a
# refutation that reads as passed. The comparison is now on the HAC t-statistic, which carries the
# denominator in it and cancels the inflation.
#
# The retired identity fitted the same 166,105 observations and reported the same effect of 0.4098
# with a HAC standard error of 0.3509, so p = 0.243 under either statistic. Its refutation p was
# 0.0099, the smallest value 100 draws can report, for an effect whose own t-statistic is 1.17.
# Sitting at that floor is the signature. This notebook registers and hands off; the new row is
# read and interpreted in `11_model_analysis`.

# %%
study = open_study(execution_tier=EXECUTION_TIER, workspace=WORKSPACE or None)
request_table = pl.DataFrame(
    {
        "method": ["dml"],
        "label": ["ret_to_expiry"],
        "config_name": ["dml"],
        "execution_tier": [EXECUTION_TIER],
    }
)
request_table

# %%
request = study.causal(
    **request_table.row(0, named=True),
    preview_reductions=PREVIEW_REDUCTIONS,
    supersedes=causal_supersedes(
        study,
        SUPERSEDES_CAUSAL,
        "ret_to_expiry",
        labels=["ret_to_expiry"],
        execution_tier=EXECUTION_TIER,
    ),
)
resolved = request.resolve()
computation = resolved.spec["computation"]
estimand = computation["estimand"]
causal_plan = pl.DataFrame(
    {
        "treatment": [estimand["treatment"]],
        "outcome": [estimand["outcome"]],
        "confounders": [", ".join(estimand["confounders"])],
        "treatment_observed_at": [estimand["treatment_observed_at"]],
        "outcome_horizon": [estimand["outcome_horizon"]],
        "folds": [computation["cv"]["n_folds"]],
        "embargo_periods": [computation["cv"]["embargo_periods"]],
        "nuisance_model": [computation["model"]["class"]],
        "covariance": ["HAC with the outcome horizon"],
        "placebo_method": [computation["refutation"]["method"]],
        "placebo_block": [computation["refutation"]["block_size"]],
        "placebo_block_basis": [computation["refutation"]["block_size_basis"]],
        "analysis_rows": [computation["analysis_population"]["n_rows"]],
        "training_hash": [resolved.identity],
    }
)
causal_plan

# %% [markdown]
# ## Execute and validate
#
# The shared DML runner fails on missing confounders, invalid temporal folds, incomplete nuisance
# fits, or a non-finite HAC standard error. A cached result must match the complete resolved
# identity before it can be reused.

# %%
if EXECUTION_TIER == "preview" and (not WORKSPACE or not PREVIEW_REDUCTIONS):
    raise ValueError("preview execution requires WORKSPACE and PREVIEW_REDUCTIONS")
result = resolved.run()
if not result.complete or result.hash != resolved.identity:
    raise RuntimeError("causal execution did not publish the complete resolved request")

# %% tags=["results"]
artifact = pl.DataFrame(
    {
        "causal_hash": [result.hash],
        "label": [resolved.spec["label"]],
        "execution_tier": [result.execution_tier],
        "complete": [result.complete],
    }
)
artifact

# %% [markdown]
# The registered causal artifact is the handoff to `11_model_analysis`. No estimate or empirical
# conclusion is interpreted here.

```

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Diese Zusammenfassung wurde vom Research-Agenten von Stratmill anhand des Originals verfasst; sie ist keine Kopie der Quelle.