עבור לתוכן
כל מסמכי הספרייה

הנדסת תכונות ETF ממומנטום, אינדיקטורים טכניים, נפח ותשואות

קוד Machine Learning for Trading

סיכום

תהליך העבודה בונה תכונות פיננסיות לתהליך פריסה של ETF ממחירי OHLCV ומעקום תשואות. הוא גוזר תשואות ותשואות מותאמות לסיכון בכמה תקופות מבט לאחור, האצת מומנטום ויחסי תנודתיות, ואז מוסיף אינדיקטורים טכניים נפוצים כגון RSI, MACD, ADX, CCI, ערכים סטוכסטיים, יחסים לממוצעים נעים ומיקום בולינגר. תכונות נוספות לוכדות דרואודאונים, נפח ביחס להיסטוריה שלו, התנהגות נפח מאוזן, מרחק מקיצונים שנתיים ודירוגים בחתך הרוחב.

תהליך העבודה מוסיף גם הקשר שוק: נדרשים SPY ו-TLT לחישוב המתאם המתגלגל בין התשואות שלהם, ושיפוע עקום התשואות וציון ה-z המתגלגל שלו מותאמים לכל תאריך מחיר לפי התצפית הזמינה האחרונה. תכונות HMM ו-GARCH של צינור מודל המקור מושמטות משום שיקר להתאים אותן מחדש בפריסה; שלושה מדדי משטר המבוססים על תשואות אג״ח נותרים. אלה קלטים מהונדסים, לא אסטרטגיה שנבדקה או ראיה לערך חזוי. התוצאות תלויות בהיסטוריות מסודרות כראוי ומלאות דיין לכל סימול, ובנוכחות שתי תעודות הסל המשמשות עוגנים.

רעיונות מרכזיים

  • תכונות דמויות מומנטום, תנודתיות ושארפ מחושבות על פני כמה אופקי מבט לאחור לכל ETF.
  • אינדיקטורים טכניים ויחסי מחיר לממוצע נע מתארים מגמה, טווח ותנאי מומנטום.
  • תכונות נפח, דרואודאון ומרחק מקיצונים מוסיפות הקשר של נזילות והיסטוריית מחירים.
  • דירוגים בחתך הרוחב משווים תכונות תשואה וסיכון שנבחרו בין סמלים בכל תאריך.
  • אינדיקטורים של עקום התשואות מותאמים לאחור בזמן, ואילו SPY ו-TLT נדרשים לתכונת המתאם בין נכסים.
  • קבוצת התכונות לפריסה משמיטה משטרי HMM ותנודתיות מותנית של GARCH; היא אינה מוכיחה שהתכונות שנותרו חוזות תשואות.

תגיות

הטקסט המלא
# _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)

```

מוצג במלואו בציון המקור ובהתאם לרישיון שלו. רישיון: MIT

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