رفتن به محتوا
همه اسناد کتابخانه

آماده‌سازی پنل‌های مقطعی و پرتفوی‌های مدیریت‌شده بر ویژگی

کد یادگیری ماشین برای معامله‌گری

خلاصه

این سند روش‌هایی برای تبدیل رکوردهای دارای تاریخ به آرایه‌هایی برای مطالعات موردی عوامل نهفته شرح می‌دهد. یک روش فقط موجودیت‌هایی را نگه می‌دارد که آستانه پوششِ آموخته‌شده از مجموعه‌داده واجدشرایط‌بودن را برآورده می‌کنند و در نتیجه محور موجودیت ثابتی می‌سازد که مشاهدات مفقود در آن به‌صورت NaN باقی می‌مانند. روش دوم مقاطع عرضی ناهم‌اندازه می‌سازد، هر تاریخ را تا بیشینه مشاهده‌شده آن پُر می‌کند و جایگاه‌های خانه را مختص همان تاریخ می‌داند، نه هویت‌های پایدار.

این سند رتبه‌بندی ویژگی‌ها در هر تاریخ روی مقیاسی محدود، ساخت پرتفوی‌های قطری مدیریت‌شده بر ویژگی از طریق رگرسیون جداگانه بازده بر هر ویژگی، و هم‌ترازکردن ویژگی‌های کلان با پیوندهای گذشته‌نگرِ «در زمان یا پیش از آن» را نیز پوشش می‌دهد. پیاده‌سازی‌ها محدودیت‌های عملی را آشکار می‌کنند: نبود موجودیت واجدشرایط در یک تاریخ خطا ایجاد می‌کند، تاریخچه کلانِ قبلیِ ناکافی رد می‌شود و محاسبه پرتفوی مدیریت‌شده، ردیف‌های دارای ویژگی یا بازده مفقود را حذف می‌کند. این مرجع آماده‌سازی داده است، نه مطالعه تجربی معامله؛ هیچ شواهد عملکردی ارائه نمی‌کند.

ایده‌های کلیدی

  • پنل‌های پایدار، موجودیت‌ها را با آستانه پوشش برگرفته از داده آموزشی انتخاب می‌کنند و محور موجودیت ثابتی را حفظ می‌کنند.
  • پنل‌های ناهم‌اندازه فقط موجودیت‌های مشاهده‌شده در هر تاریخ را نشان می‌دهند و جایگاه‌های پُرشده هویت را میان تاریخ‌ها حفظ نمی‌کنند.
  • نرمال‌سازی رتبه مقطعی، مقادیر متناهی ویژگی را جداگانه برای هر تاریخ به مقیاسی محدود نگاشت می‌کند.
  • پرتفوی‌های قطری مدیریت‌شده بر ویژگی، برای هر ویژگی، مواجهه‌ای جداگانه و وزن‌دهی‌شده برحسب بازده برآورد می‌کنند.
  • ویژگی‌های کلان را می‌توان با پیوندهای گذشته‌نگر «در زمان یا پیش از آن» با تاریخ‌های پنل هم‌تراز کرد، مشروط به وجود داده تاریخی.

برچسب‌ها

متن کامل
# panel.py


```py
"""Data preparation utilities for latent factor case studies."""

from __future__ import annotations

from collections.abc import Sequence
from typing import Any

import numpy as np
import polars as pl
from scipy import stats

# One definition, in a module the coverage guard can import without torch - see that
# module's docstring for why it is not in this file.
from case_studies.utils.persistent_panel import (
    DEFAULT_MIN_COVERAGE,
    PERSISTENT_PANEL_MODELS,
    eligible_persistent_entities,
)


def prepare_ragged_panel_data(
    dataset: pl.DataFrame,
    feature_names: list[str],
    label_col: str,
    date_col: str,
    entity_col: str,
    max_entities: int = 0,
    eval_label_col: str | None = None,
    macro_panel: pl.DataFrame | None = None,
) -> dict[str, Any]:
    """Build a dated cross-sectional panel with per-date observed assets only.

    The returned arrays are padded to the maximum cross-section size within the
    input window. The slot axis is date-local and does not imply stable entity
    identity across time.
    """
    df = _sort_panel_frame(dataset, date_col=date_col, entity_col=entity_col)
    if max_entities > 0:
        df = _limit_entities(df, entity_col=entity_col, max_entities=max_entities)

    groups = df.partition_by(date_col, maintain_order=True)
    if not groups:
        raise ValueError("Dataset produced no dated cross-sections")

    dates = [group[date_col][0] for group in groups]
    counts = np.asarray([group.height for group in groups], dtype=np.int32)
    n_dates = len(groups)
    n_slots = int(counts.max())
    n_features = len(feature_names)

    chars = np.full((n_dates, n_slots, n_features), np.nan, dtype=np.float32)
    returns = np.full((n_dates, n_slots), np.nan, dtype=np.float32)
    eval_returns = np.full((n_dates, n_slots), np.nan, dtype=np.float32) if eval_label_col else None
    entities = np.full((n_dates, n_slots), None, dtype=object)

    for date_idx, group in enumerate(groups):
        n_obs = group.height
        chars[date_idx, :n_obs] = group.select(feature_names).to_numpy().astype(np.float32)
        returns[date_idx, :n_obs] = (
            group.select(label_col).to_numpy().reshape(-1).astype(np.float32)
        )
        if eval_returns is not None:
            eval_returns[date_idx, :n_obs] = (
                group.select(eval_label_col).to_numpy().reshape(-1).astype(np.float32)
            )
        entities[date_idx, :n_obs] = np.asarray(group[entity_col].to_list(), dtype=object)

    macro = None
    macro_features: list[str] | None = None
    if macro_panel is not None:
        macro, macro_features = align_macro_to_dates(macro_panel, dates, date_col)

    return {
        "chars": chars,
        "returns": returns,
        "eval_returns": eval_returns,
        "dates": np.asarray(dates, dtype="datetime64[ns]"),
        "entities": entities,
        "counts": counts,
        "entity_col": entity_col,
        "macro": macro,
        "macro_features": macro_features,
    }


def prepare_panel_data(
    dataset: pl.DataFrame,
    feature_names: list[str],
    label_col: str,
    date_col: str,
    entity_col: str,
    *,
    eligibility_dataset: pl.DataFrame,
    max_entities: int = 0,
    min_coverage: float = DEFAULT_MIN_COVERAGE,
    eval_label_col: str | None = None,
    macro_panel: pl.DataFrame | None = None,
) -> dict[str, Any]:
    """Build a persistent-entity panel with eligibility learned from training data."""
    df = _sort_panel_frame(dataset, date_col=date_col, entity_col=entity_col)
    eligibility_df = _sort_panel_frame(
        eligibility_dataset,
        date_col=date_col,
        entity_col=entity_col,
    )

    eligible = eligible_persistent_entities(
        eligibility_df,
        entity_col=entity_col,
        date_col=date_col,
        min_coverage=min_coverage,
    )
    if max_entities > 0:
        eligible = eligible.head(max_entities)

    entities = sorted(eligible[entity_col].to_list())
    if not entities:
        raise ValueError("No entities met the persistent-panel coverage requirement")

    df = df.filter(pl.col(entity_col).is_in(entities)).sort(date_col, entity_col)
    dates = sorted(df[date_col].unique().to_list())

    n_dates = len(dates)
    n_entities = len(entities)
    n_features = len(feature_names)

    chars = np.full((n_dates, n_entities, n_features), np.nan, dtype=np.float32)
    returns = np.full((n_dates, n_entities), np.nan, dtype=np.float32)
    eval_returns = (
        np.full((n_dates, n_entities), np.nan, dtype=np.float32) if eval_label_col else None
    )
    date_values = np.asarray(dates, dtype="datetime64[ns]")
    entity_values = np.asarray(entities, dtype=object)
    date_idx = np.searchsorted(date_values, df[date_col].to_numpy())
    entity_idx = np.searchsorted(entity_values, df[entity_col].to_numpy())

    chars[date_idx, entity_idx] = (
        df.select(feature_names)
        .to_numpy()
        .astype(
            np.float32,
            copy=False,
        )
    )
    returns[date_idx, entity_idx] = df[label_col].to_numpy().astype(np.float32, copy=False)
    if eval_returns is not None:
        eval_returns[date_idx, entity_idx] = (
            df[eval_label_col]
            .to_numpy()
            .astype(
                np.float32,
                copy=False,
            )
        )

    macro = None
    macro_features: list[str] | None = None
    if macro_panel is not None:
        macro, macro_features = align_macro_to_dates(macro_panel, dates, date_col)

    return {
        "chars": chars,
        "returns": returns,
        "eval_returns": eval_returns,
        "dates": date_values,
        "entities": entity_values,
        "entity_col": entity_col,
        "macro": macro,
        "macro_features": macro_features,
    }


def rank_normalize_cross_section(chars: np.ndarray) -> np.ndarray:
    """Rank-normalize each date's characteristics to the [-0.5, 0.5] interval."""
    arr = np.asarray(chars, dtype=np.float32)
    original_ndim = arr.ndim
    if original_ndim == 2:
        arr = arr[None, :, :]
    if arr.ndim != 3:
        raise ValueError(f"chars must be 2D or 3D; got shape {arr.shape}")

    ranked = np.zeros_like(arr, dtype=np.float32)
    _, _, n_features = arr.shape

    for date_idx in range(arr.shape[0]):
        for feature_idx in range(n_features):
            values = arr[date_idx, :, feature_idx]
            valid = np.isfinite(values)
            n_valid = int(valid.sum())
            if n_valid == 0:
                continue
            if n_valid == 1:
                ranked[date_idx, valid, feature_idx] = 0.0
                continue
            ranks = stats.rankdata(values[valid], method="average")
            ranked[date_idx, valid, feature_idx] = ((ranks - 1.0) / (n_valid - 1.0) - 0.5).astype(
                np.float32
            )

    return ranked[0] if original_ndim == 2 else ranked


def compute_managed_portfolios(
    chars: np.ndarray,
    returns: np.ndarray,
) -> np.ndarray:
    """Compute diagonal characteristic-managed portfolios for each date."""
    if chars.ndim != 3:
        raise ValueError(f"chars must be 3D (T, N, L); got shape {chars.shape}")
    if returns.ndim != 2:
        raise ValueError(f"returns must be 2D (T, N); got shape {returns.shape}")
    if chars.shape[:2] != returns.shape:
        raise ValueError(
            f"chars and returns disagree on (T, N): {chars.shape[:2]} vs {returns.shape}"
        )

    n_dates, n_slots, n_features = chars.shape
    ones = np.ones((n_dates, n_slots, 1), dtype=np.float32)
    chars_aug = np.concatenate([chars.astype(np.float32, copy=False), ones], axis=2)
    portfolios = np.zeros((n_dates, n_slots, n_features + 1), dtype=np.float32)
    eps = 1e-8

    for date_idx in range(n_dates):
        z_t = chars_aug[date_idx]
        r_t = returns[date_idx]
        valid = np.isfinite(r_t) & np.isfinite(z_t).all(axis=1)
        if not valid.any():
            continue
        z_valid = z_t[valid].astype(np.float64)
        r_valid = r_t[valid].astype(np.float64)
        numerator = (z_valid * r_valid[:, None]).sum(axis=0)
        denominator = (z_valid**2).sum(axis=0)
        x_t = numerator / np.maximum(denominator, eps)
        portfolios[date_idx] = np.broadcast_to(
            x_t.astype(np.float32)[None, :],
            (n_slots, n_features + 1),
        )

    return portfolios


def align_macro_to_dates(
    macro_panel: pl.DataFrame,
    dates: Sequence[object],
    date_col: str = "timestamp",
) -> tuple[np.ndarray, list[str]]:
    """Align macro features to case-study dates with backward as-of joins."""
    macro = macro_panel.clone()
    if hasattr(macro[date_col].dtype, "time_zone") and macro[date_col].dtype.time_zone is not None:
        macro = macro.with_columns(pl.col(date_col).dt.replace_time_zone(None))

    feature_cols = [column for column in macro.columns if column != date_col]
    if not feature_cols:
        return np.zeros((len(dates), 0), dtype=np.float32), []

    date_frame = (
        pl.DataFrame(pl.Series(date_col, dates))
        .with_columns(pl.col(date_col).cast(macro.schema[date_col]))
        .sort(date_col)
    )
    aligned = date_frame.join_asof(
        macro.sort(date_col), on=date_col, strategy="backward"
    ).fill_null(strategy="forward")
    null_counts = aligned.select(feature_cols).null_count().row(0)
    if any(null_counts):
        missing = [name for name, count in zip(feature_cols, null_counts, strict=True) if count]
        raise ValueError(
            f"Macro context is unavailable on or before the first requested date for: {missing}"
        )
    return aligned.select(feature_cols).to_numpy().astype(np.float32), feature_cols


def _sort_panel_frame(
    dataset: pl.DataFrame,
    *,
    date_col: str,
    entity_col: str,
) -> pl.DataFrame:
    df = dataset.sort(date_col, entity_col)
    if hasattr(df[date_col].dtype, "time_zone") and df[date_col].dtype.time_zone is not None:
        df = df.with_columns(pl.col(date_col).dt.replace_time_zone(None))
    return df


def _limit_entities(
    dataset: pl.DataFrame,
    *,
    entity_col: str,
    max_entities: int,
) -> pl.DataFrame:
    top_entities = (
        dataset.group_by(entity_col)
        .len()
        .sort(["len", entity_col], descending=[True, False])
        .head(max_entities)[entity_col]
        .to_list()
    )
    return dataset.filter(pl.col(entity_col).is_in(top_entities))


__all__ = [
    "DEFAULT_MIN_COVERAGE",
    "PERSISTENT_PANEL_MODELS",
    "align_macro_to_dates",
    "compute_managed_portfolios",
    "eligible_persistent_entities",
    "prepare_panel_data",
    "prepare_ragged_panel_data",
    "rank_normalize_cross_section",
]

```

با ذکر منبع و مطابق مجوز اثر، به‌طور کامل نمایش داده می‌شود. مجوز: MIT

این خلاصه را عامل پژوهشی Stratmill بر پایه متن اصلی نوشته است؛ نسخه‌ای از اثر منبع نیست.