ВПРОВАДЖЕННЯ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ АЛГОРИТМІВ ПРИ ПРОГНОЗУВАННІ ДИНАМІКИ ЦІН ФІНАНСОВИХ АКТИВІВ
DOI:
https://doi.org/10.32782/tnv-tech.2024.5.4Ключові слова:
машинний аналіз, нейромережева архітектура, фінансові активи, оцінка капітальних активів, кероване навчання, ймовірнісне прогнозування, гіперпараметрична оптимізаціяАнотація
Проведено аналіз особливостей впровадження нейромережевих алгоритмів при прогнозуванні динаміки цін фінансових активів. Зазначено, що впровадження методів автоматизації процедури прогнозування цін фінансових активів включає у себе постановку технічного завдання, пошук критеріїв, що вказують на вирішення поставленої задачі, оцінку статистичних показників, що вказують на обсяги даних фінансової аналітики, а також вибір і оптимізацію актуальних засобів системи машинного аналізу. Для визначення ефективності системи машинного аналізу даних фінансової аналітики було проведено її порівняння з лінійними моделями на основі методики оцінки капітальних активів, що базується на одноперіодичній інвестиційній схемі, концепції уникнення ризику з боку більшості інвесторів, а також припущенні про нульові трансакційні витрати і відсутність асиметрії інформації. Зазначено переваги застосування програмних пакету ймовірнісного прогнозування, «NGBoost», як то визначення розподілу імовірності для результатів, що дозволяє отримувати повноцінний розподіл можливих значень, вибір користувачем типу ймовірнісного розподілу для побудови моделі, що дає додаткову гнучкість для застосування в різних задачах та оптимізація ймовірнісних моделей методом натурального градієнта, що забезпечує більш стабільний процес навчання при роботі зі складними розподілами. Для оцінки продуктивності нейромережевих алгоритмів при автоматизації фінансової аналітики та прогнозування до аналізу були включені моделі «NGBoost», «XGBoost», «CatBoost», «LightGBM», неглибока багатошарова нейронна мережа прямого поширення та глибока багатошарова нейронна мережа прямого поширення, причому для кожної з нейромережевих архітектур було проведено оптимізацію гіперпараметрів. Зазначено, що вибір наведених моделей є показовим для застосування у фінансовій аналітиці. Поєднання градієнтного бустингу та нейромереж забезпечує широкий спектр методів для вирішення завдань прогнозування цін активів, оцінки ризиків і точного передбачення майбутніх фінансових показників. Водночас, використання гіперпараметричної оптимізації дає змогу налаштовувати нейромережеві моделі для досягнення максимальної точності, що є критично важливим для забезпечення конкурентних переваг у фінансових ринках. Розглянуто особливості впровадження зазначеної системи оцінки з метою оптимізації нейромережевих алгоритмів для сучасних нейромережевих архітектур, як то моделі GRU, GAT і «Informer».
Посилання
Henrique B. M., Sobreiro V. A., Kimura H. Practical machine learning: Forecasting daily financial markets directions. Expert Systems with Applications. 2023. Vol. 233. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2023.120840.
Ashtiani M. N., Raahemi B. News-based intelligent prediction of financial markets using text mining and machine learning: A systematic literature review. Expert Systems with Applications. 2023. Vol. 217. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2023.119509.
Monk A., Prins M., Rook D. Rethinking alternative data in institutional investment. The Journal of Financial Data Science. 2019. Vol. 1. No. 1. P. 14–31. DOI: https://doi.org/10.3905/jfds.2019.1.1.014.
Barker A., Monk A., Rook D. Technological disruption and long-term investors: Managing risk and opportunities. SSRN Electronic Journal. 2024. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.4741908.
Risk and risk management in the credit card industry / Butaru F., Chen Q., Clark B., et al. Journal of Banking & Finance. 2016. Vol. 72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbankfin.2016.07.015.
Gottfried M. How credit-card data might be distorting retail stocks. The Wall Street Journal. 2017. URL: https://www.wsj.com/articles/how-credit-card-data-mightbe-distorting-retail-stocks–1483468912 (last accessed: 29.10.2024).
A deep neural network for oil spill semantic segmentation in SAR images / Orfanidis J., Ioannidis K., Avgerinakis K., et al. ICIP 2018. 2018. P. 3773–3777. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIP.2018.8451113.
Beyond spatial auto-regressive models: Predicting housing prices with satellite imagery / Bency A., Rallapalli S., Ganti R., et al. WACV 2017. 2019. P. 320–329. DOI: https://doi.org/10.1109/WACV.2017.42.
Buchanan. Artificial intelligence in finance. The Alan Turing Institute. Apr. 2019. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.2612537.
McKinsey on Payments: Special Edition on Advanced Analytics in Banking / Buehler D’Silva, Fitzpatrick, et al. Tech. rep. Aug. 2018. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2004.01504.
Heaton J. B., Polson N. Deep learning for finance: Deep portfolios. SSRN Electronic Journal. 2016. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.2838013.
Warin X. Deep learning for efficient frontier calculation in finance. Journal of Computational Finance. 2022. DOI: https://doi.org/10.21314/jcf.2021.017.
Chen J. M. The intertemporal capital asset pricing model. Econophysics and Capital Asset Pricing. 2017. P. 127–138. DOI: https://doi.org/10.1007/978–3-319–63465–4_7.
Kyriakou I., Mousavi P., Nielsen J. P., et al. Machine learning for forecasting excess stock returns – The five-year-view. Graz Economics Papers 2019–06. 2019. URL: https://ideas.repec.org/p/grz/wpaper/2019–06.html (last accessed: 29.10.2024).
Equity2vec / Wu Q., Brinton C. G., Zhang Z., Pizzoferrato A., Liu Z., Cucuringu M. Proceedings of the Second ACM International Conference on AI in Finance. 2021. Vol. 79. P. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1145/3490354.3494409.
A deep learning framework for pricing financial instruments / Wu Q., Zhang Z., Pizzoferrato A., et al. arXiv. org. Sept. 2019. Article ID 1909.04497.
Gu S., Kelly B. T., Xiu D. Empirical asset pricing via machine learning. SSRN Electronic Journal. Jan. 2018. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.3281018.
An extensive evaluation of seven machine learning methods for rainfall prediction in weather derivatives / Cramer S., Kampouridis M., Freitas A. A., Alexandridis A., et al. Expert Systems with Applications. 2017. Vol. 85. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2017.05.029.
Machine learning the cryptocurrency market / Alessandretti L., Bahrawy A., Aiello L. M., Baronchelli A. SSRN Electronic Journal. May 2018. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.3183792.
Lahmiri S., Bekiros S. Cryptocurrency forecasting with deep learning chaotic neural networks. Chaos, Solitons and Fractals. 2019. Vol. 118. P. 35–40. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chaos.2018.11.014.
Ndikum P. Machine learning algorithms for financial asset price forecasting. ArXiv 2004.01504v1. 2020. P. 1–16. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2004.01504.
Kelly B. T., Pruitt S., Su Y. Some characteristics are risk exposures, and the rest are irrelevant. SSRN Electronic Journal. Jan. 2017. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.3032013.
Ghahramani Z. Probabilistic machine learning and artificial intelligence. Nature. 2015. Vol. 521. No. 7553. P. 452–459. DOI: https://doi.org/10.1038/nature14541.
Zöller M. – A., Huber M. F. Benchmark and survey of automated machine learning frameworks. Journal of Artificial Intelligence Research. 2021. Vol. 70. P. 409–472. DOI: https://doi.org/10.1613/jair.1.11854.
Bergstra J., Yamins D., Cox D. Hyperopt: A python library for optimizing the hyperparameters of machine learning algorithms. Proceedings of the Python in Science Conference. 2013. P. 13–19. DOI: https://doi.org/10.25080/majora–8b375195–003.
Ershov V. High performance insights from GPU version CatBoost. Computer Tools in Education. 2022. No. 2. P. 59–73. DOI: https://doi.org/10.32603/2071–2340–2022–2-59–73.
Sukarsa I. M., Pandika Pinata N. N., Dwi Rusjayanthi N. K., Wisswani N. W. Estimation of gourami supplies using gradient boosting decision tree method of XGBoost. TEM Journal. 2021. P. 144–151. DOI: https://doi.org/10.18421/tem101–17.
Kwak N. W., Lim D. H. Financial time series forecasting using AdaBoost-GRU ensemble model. Journal of the Korean Data and Information Science Society. 2021. Vol. 32. No. 2. P. 267–281. DOI: https://doi.org/10.7465/jkdi.2021.32.2.267.
Liu B., Lai M. Advanced machine learning for financial markets: A PCA-GRU-LSTM approach. Journal of the Knowledge Economy. 2024. DOI: https://doi.org/10.1007/s13132–024–02108–3.
Cheng H., Wang K., Tan X. A link prediction method for Chinese financial event knowledge graph based on graph attention networks and convolutional neural networks. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2024. Vol. 138. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engappai.2024.109361.
Graph attention site prediction (GRASP): Identifying druggable binding sites using graph neural networks with attention / Smith Z., Strobel M., Vani B. P., Tiwary P. bioRxiv: website. 2023. DOI: https://doi.org/10.1101/2023.07.25.550565.
Wu Y. Comparison between Transformer, Informer, Autoformer and nonstationary Transformer in financial market. Applied and Computational Engineering. 2023. Vol. 29. No. 1. P. 68–78. DOI: https://doi.org/10.54254/2755–2721/29/20230874.
Ojeda C., Artal C., Tejera F. Informer, an information organization Transformer architecture. Proceedings of the 13th International Conference on Agents and Artificial Intelligence. 2021. P. 381–389. DOI: https://doi.org/10.5220/0010372703810389.