עבור לתוכן
כל מסמכי הספרייה

התאמת מדדי ייחוס ואבחון ביצועים יחסיים של אסטרטגיה

קוד Machine Learning for Trading

סיכום

המסמך מציג דרכים להשוות תשואות אסטרטגיה לשני מדדי ייחוס חיצוניים: תשואות כוללות יומיות של SPY ותשואות שוק של פמה-פרנץ׳, המחושבות באמצעות חיבור פרמיית הסיכון של השוק לריבית חסרת הסיכון. הוא מספק כלי עזר לסינון תאריכים ולהתאמת סדרות, לרבות צירוף לפי חודש עבור מערכי נתונים שבהם חותמות הזמן החודשיות משתמשות במוסכמות שונות. על המשתמש לוודא שתדירויות התשואה תואמות ושהתצפיות מיושרות לפני חישוב מדדי האבחון.

חישובי האבחון כוללים יחס מידע, בטא, מתאם ושגיאת עקיבה שנתית, ולצדם אפשרות לסיכומים של תשואות האסטרטגיה, תשואה שנתית, יחס שארפ ודרואודאון מרבי בתתי-תקופות. הם משמיטים ערכים חסרים בזוגות ומחזירים מדדים לא מוגדרים כשאין די תצפיות או כשהשונות אפס. המדדים מתארים התנהגות יחסית, ולא אם אסטרטגיה ניתנת להשקעה או צפויה להתמיד. המסמך מספק הנחיות מימוש ולא ממצאים אמפיריים, וההמרה לשנתי תלויה בתדירות התקופה שהמשתמש מספק.

רעיונות מרכזיים

  • תשואות סגירה-לסגירה של SPY ותשואות שוק של פמה-פרנץ׳ מספקות סדרות חלופיות להשוואה.
  • אפשר לצרף חותמות זמן יומיות ישירות, ואילו בסדרות חודשיות ייתכן שיידרש להתאים לפי חודש קלנדרי.
  • אבחון מול מדד ייחוס מסכם תשואה יחסית, בטא, מתאם ושגיאת עקיבה.
  • חישובי תתי-תקופות יכולים להראות כיצד ביצועי האסטרטגיה משתנים בין מקטעי תאריכים מוגדרים.
  • תדירות, תצפיות חסרות ושונות אפס משפיעות על תקפות המדדים המדווחים.

תגיות

הטקסט המלא
# external_benchmarks.py


```py
"""External benchmark loaders for strategy-analysis notebooks.

Provides SPY (broad-equity ETF) and FF-market (Ken French Mkt-RF + RF)
return series on the canonical schema (`timestamp`, `benchmark_return`).
Both flavors return polars DataFrames; alignment with strategy returns
is the caller's responsibility.

The diagnostic helper `compute_benchmark_diagnostics` returns the
information ratio, beta, correlation, and tracking error of a strategy
return series against a benchmark return series.
"""

from __future__ import annotations

import datetime as _dt

import numpy as np
import polars as pl

from data import load_etfs, load_ff_factors


def _date_or_none(value: str | _dt.date | _dt.datetime | None) -> _dt.date | None:
    if value is None:
        return None
    if isinstance(value, _dt.date) and not isinstance(value, _dt.datetime):
        return value
    if isinstance(value, _dt.datetime):
        return value.date()
    return _dt.date.fromisoformat(str(value)[:10])


def load_spy_returns(
    start: str | _dt.date | None = None,
    end: str | _dt.date | None = None,
) -> pl.DataFrame:
    """SPY daily total returns (close-to-close pct change).

    Returns columns: `timestamp` (Date), `benchmark_return` (Float64).
    """
    df = load_etfs(symbols=["SPY"]).sort("timestamp").select("timestamp", "close")
    df = (
        df.with_columns(
            benchmark_return=pl.col("close").pct_change(),
        )
        .drop("close")
        .drop_nulls("benchmark_return")
    )
    s, e = _date_or_none(start), _date_or_none(end)
    if s is not None:
        df = df.filter(pl.col("timestamp") >= s)
    if e is not None:
        df = df.filter(pl.col("timestamp") <= e)
    return df


def load_ff_market_returns(
    start: str | _dt.date | None = None,
    end: str | _dt.date | None = None,
    frequency: str = "daily",
) -> pl.DataFrame:
    """Fama-French market return (Mkt-RF + RF, i.e. nominal market).

    `frequency` is `"daily"` or `"monthly"`. Returns columns:
    `timestamp` (Date), `benchmark_return` (Float64).
    """
    df = load_ff_factors(dataset="ff5", frequency=frequency).sort("timestamp")
    df = df.with_columns(
        benchmark_return=pl.col("Mkt-RF") + pl.col("RF"),
    ).select("timestamp", "benchmark_return")
    s, e = _date_or_none(start), _date_or_none(end)
    if s is not None:
        df = df.filter(pl.col("timestamp") >= s)
    if e is not None:
        df = df.filter(pl.col("timestamp") <= e)
    return df


def align_to_strategy(
    strategy_df: pl.DataFrame,
    benchmark_df: pl.DataFrame,
    timestamp_col: str = "ts",
    strategy_col: str = "strategy",
    benchmark_col: str = "benchmark_return",
) -> pl.DataFrame:
    """Inner-join a benchmark series onto strategy returns.

    Both inputs must carry the canonical timestamp column (Date). The
    result has columns `[timestamp_col, strategy_col, benchmark_col]`.
    Caller-side alignment for monthly cadences should resample first.
    """
    bench = benchmark_df.with_columns(
        pl.col("timestamp").cast(pl.Date).alias(timestamp_col)
    ).select(timestamp_col, benchmark_col)
    return strategy_df.join(bench, on=timestamp_col, how="inner").sort(timestamp_col)


def align_to_strategy_monthly(
    strategy_df: pl.DataFrame,
    benchmark_df: pl.DataFrame,
    timestamp_col: str = "ts",
    strategy_col: str = "strategy",
    benchmark_col: str = "benchmark_return",
) -> pl.DataFrame:
    """Month-anchored inner join (FF monthly is first-of-month; benchmark
    series often end-of-month). Joins on (year, month) key.
    """
    s = strategy_df.with_columns(
        _y=pl.col(timestamp_col).dt.year(),
        _m=pl.col(timestamp_col).dt.month(),
    )
    b = benchmark_df.with_columns(
        _y=pl.col("timestamp").dt.year(),
        _m=pl.col("timestamp").dt.month(),
    ).select("_y", "_m", benchmark_col)
    return s.join(b, on=["_y", "_m"], how="inner").drop("_y", "_m").sort(timestamp_col)


def compute_subperiod_diagnostics(
    df: pl.DataFrame,
    buckets: list[tuple[str, _dt.date | str, _dt.date | str]],
    *,
    timestamp_col: str = "ts",
    strategy_col: str = "strategy",
    benchmark_col: str | None = "benchmark",
    periods_per_year: int = 252,
) -> pl.DataFrame:
    """Per-bucket diagnostics for sub-period decomposition tables.

    `df` must carry an aligned `(timestamp, strategy[, benchmark])` triple.
    `buckets` is a list of `(label, start_date, end_date)` triples; date
    bounds are inclusive at both ends. Per-bucket metrics: `n`,
    `cum_return`, `ann_return`, `sharpe`, `max_drawdown`. When
    `benchmark_col` is provided, the table also includes `beta_vs_bm` and
    `info_ratio_vs_bm`.
    """
    rows: list[dict[str, object]] = []
    for label, start, end in buckets:
        s = _date_or_none(start)
        e = _date_or_none(end)
        sub = df.filter((pl.col(timestamp_col) >= s) & (pl.col(timestamp_col) <= e))
        n = sub.height
        if n == 0:
            rows.append({"bucket": label, "n": 0})
            continue
        s_arr = sub[strategy_col].to_numpy()
        cum = float(np.prod(1 + s_arr) - 1)
        if periods_per_year > 0:
            ann = (1 + cum) ** (periods_per_year / max(n, 1)) - 1
        else:
            ann = float("nan")
        std = float(np.std(s_arr, ddof=1)) if n > 1 else 0.0
        sharpe = (
            float(np.mean(s_arr) / std * np.sqrt(periods_per_year)) if std > 0 else float("nan")
        )
        equity = np.cumprod(1 + s_arr)
        peak = np.maximum.accumulate(equity)
        max_dd = float(np.min(equity / peak - 1))
        row: dict[str, object] = {
            "bucket": label,
            "n": n,
            "cum_return": cum,
            "ann_return": ann,
            "sharpe": sharpe,
            "max_drawdown": max_dd,
        }
        if benchmark_col is not None and benchmark_col in sub.columns:
            b_arr = sub[benchmark_col].to_numpy()
            diag = compute_benchmark_diagnostics(s_arr, b_arr, periods_per_year)
            row["beta_vs_bm"] = diag["beta"]
            row["info_ratio_vs_bm"] = diag["info_ratio"]
        rows.append(row)
    return pl.DataFrame(rows)


def compute_benchmark_diagnostics(
    strategy: np.ndarray,
    benchmark: np.ndarray,
    periods_per_year: int = 252,
) -> dict[str, float | int]:
    """Information ratio, beta, correlation, tracking error vs benchmark.

    Inputs are aligned period returns; lengths must match. NaNs are
    dropped pairwise. Returns NaN for any metric whose inputs are
    degenerate (all-NaN or zero variance).
    """
    s = np.asarray(strategy, dtype=float)
    b = np.asarray(benchmark, dtype=float)
    if s.shape != b.shape:
        raise ValueError(f"shape mismatch: strategy {s.shape} vs benchmark {b.shape}")
    mask = np.isfinite(s) & np.isfinite(b)
    s, b = s[mask], b[mask]
    n = int(s.size)
    out: dict[str, float | int] = {"n": n}
    if n < 2:
        return {
            **out,
            "info_ratio": float("nan"),
            "beta": float("nan"),
            "correlation": float("nan"),
            "tracking_error": float("nan"),
        }
    excess = s - b
    te_period = float(np.std(excess, ddof=1))
    te_ann = te_period * np.sqrt(periods_per_year)
    if te_period > 0:
        ir = float(np.mean(excess) * periods_per_year / te_ann)
    else:
        ir = float("nan")
    var_b = float(np.var(b, ddof=1))
    beta = float(np.cov(s, b, ddof=1)[0, 1] / var_b) if var_b > 0 else float("nan")
    if np.std(s, ddof=1) > 0 and np.std(b, ddof=1) > 0:
        corr = float(np.corrcoef(s, b)[0, 1])
    else:
        corr = float("nan")
    return {
        "n": n,
        "info_ratio": ir,
        "beta": beta,
        "correlation": corr,
        "tracking_error": te_ann,
    }

```

מוצג במלואו בציון המקור ובהתאם לרישיון שלו. רישיון: MIT

הסיכום נכתב בידי סוכן המחקר של Stratmill על סמך המקור; הוא אינו העתק של המקור.