《Python程序設(shè)計基礎(chǔ)(第2版)》課件 11Python金融分析應(yīng)用

Python程序設(shè)計基礎(chǔ)第11章Python金融分析應(yīng)用教師：XXXPython程序設(shè)計基礎(chǔ)股票的收益率和波動率股票技術(shù)指標(biāo)計算3實用NumPy金融函數(shù)12第11章Python金融分析應(yīng)用11.1實用NumPy金融函數(shù)函數(shù)名稱功能說明fv(rate,nper,pmt,pv[,when])計算金融資產(chǎn)在未來某一時間點的價值，或稱終值、未來值pv(rate,nper,pmt,fv[,when])計算金融資產(chǎn)當(dāng)前的價值，或稱現(xiàn)值pmt(rate,nper,pv,fv[,when])計算每期需支付借款的金額nper(rate,pmt,pv,fv[,when])計算定期付款的期數(shù)表11.1幾個numpy_financial實用函數(shù)為要使用這些金融函數(shù)，須在本地電腦安裝numpy_financial包（在安裝界面執(zhí)行pip命令:pipinstallnumpy_financial），然后在程序中利用導(dǎo)入命令import導(dǎo)入該工具包模塊：importnumpy_financialasnpf11.1實用NumPy金融函數(shù)終值函數(shù)fv(rate,nper,pmt,pv[,when])：函數(shù)fv()是以固定利率計算一項投資或貸款在未來某一時間點具有的價值，也稱之為“未來值”。參數(shù)rate：存款或貸款每期的利率；nper：期間發(fā)生的存款或貸款總期數(shù)；pmt：存款或貸款每期支付的金額；pv：當(dāng)前(首期)的存款或貸款金額；when:when=‘begin’或1表示在每一期的期初進行交付款，when=‘end’或0表示在期末進行交付款；注意：1)函數(shù)fv()是以復(fù)利計算未來值；2)pv值可以是0，其正負(fù)形式對應(yīng)借入借出;3)pv是首期比其它各期多產(chǎn)生的收支金額。11.1實用NumPy金融函數(shù)現(xiàn)值函數(shù)pv(rate,nper,pmt,fv)：是指未來總資產(chǎn)在當(dāng)前時刻的價值。

年金函數(shù)pmt(rate,nper,pv,fv)：是以固定利率和等額本息方式每期支付給銀行的款項（包含本金和利息）。分期函數(shù)nper(rate,pmt,pv,fv)：是以固定利率月等額本息還款方式定期付款的期數(shù)。。無論是投資還是貸款，利用這些金融函數(shù)都能簡單方便地計算不同利率、期限、分期、額度等情況下的收益或成本。例如根據(jù)目前住房貸款按揭負(fù)擔(dān)費用的計算，可利用這些簡單實用的函數(shù)計算比較商業(yè)房貸和公積金房貸的還款金額差異。11.1實用NumPy金融函數(shù)注：示例程序見ipynb文件中的代碼圖11.1不同貸款利率下的還款額11.1實用NumPy金融函數(shù)

股票收益率分為簡單收益率（也稱百分比收益率、算術(shù)收益率）和對數(shù)收益率。

簡單收益率是指相鄰兩個價格之間的變化率，例如兩個連續(xù)交易日的后一個交易日收盤價相對前一個交易日收盤價漲跌額與前一個交易日收盤價的比率（百分比）。

對數(shù)收益率是指相鄰兩個價格之比的對數(shù)值。

在金融領(lǐng)域計算跨期復(fù)合收益率時要求收益率具有對稱性和時序可加性等統(tǒng)計性質(zhì)，更多情況下會采用對數(shù)收益率。11.2股票的收益率和波動率設(shè)投資者持有的某只股票在第i個交易日的收盤價為，在第i+1個交易日的收盤價為，那么該只股票第i+1個交易日相對第i個交易日的簡單收益率為：而相應(yīng)的對數(shù)收益率為：11.2股票的收益率和波動率

利用tushare包的daily()接口函數(shù)獲取的行情數(shù)據(jù)已經(jīng)包含日漲跌幅數(shù)據(jù)項(即簡單收益率)，但為了便于靈活選擇兩種收益率數(shù)據(jù)序列的時間起止點，本節(jié)程序選擇從設(shè)定的起始交易日開始分別計算簡單收益率和對數(shù)收益率。

根據(jù)需要計算的收益率周期(日、周、月、季、年)確定獲取合適周期的股票行情數(shù)據(jù)，盡管利用日線行情數(shù)據(jù)也可以計算周、月、季度或年等時間周期的收益率，但如果可以獲取股票的對應(yīng)收益率周期的行情數(shù)據(jù)，那就可以明顯減少計算量。11.2股票的收益率和波動率注：示例程序見ipynb文件中的代碼圖11.2股票日累計收益率11.2股票的收益率和波動率程序中利用NumPy的diff()函數(shù)計算股票差價是因為diff()函數(shù)可以用數(shù)組后一個位置上的數(shù)據(jù)減去當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)之差作為結(jié)果數(shù)組中該位置上的數(shù)據(jù)。此外，若要使用log()函數(shù)計算每個交易日收盤價的對數(shù)收益率，則應(yīng)該檢查變量df中的收盤價格數(shù)據(jù)列，如果存在空值等無效數(shù)據(jù)則要用合適的數(shù)據(jù)進行填充，要避免出現(xiàn)零或負(fù)值。11.2股票的收益率和波動率

股票市場的平均收益率通常是指股票價格指數(shù)（不同指數(shù)所涵蓋的股票對象有差別）的收益率。我國設(shè)置的A股指數(shù)有幾十種之多，其中比較重要的指數(shù)有上證指數(shù)、深圳成份指數(shù)、滬深300指數(shù)、中證100指數(shù)、上證180指數(shù)等。單只股票和市場平均收益率比較單只股票與指數(shù)間月收益率比較的可視化實現(xiàn)步驟：第1步獲取“中國平安”股票和滬深300指數(shù)的月線行情數(shù)據(jù)。第2步合并滬深300指數(shù)和“中國平安”股票的數(shù)據(jù)。第3步分別計算股票和指數(shù)的月收益率及其累計收益率。第4步繪制圖形分別輸出股票與滬深300指數(shù)的月累計收益率。11.2股票的收益率和波動率注：示例程序見ipynb文件中的代碼圖11.3單只股票收益率與同期市場平均收益率比較11.2股票的收益率和波動率

股票的歷史波動率是指股票收益率在過去一段時間內(nèi)所表現(xiàn)出來的不確定性水平，其計算模型有傳統(tǒng)波動率模型、高低價波動模型、R&S模型、G&K模型及GARCH模型等，其中傳統(tǒng)波動率模型為歷史波動率模型的基礎(chǔ)模型，也是應(yīng)用比較廣泛的波動率模型。歷史波動率計算11.2股票的收益率和波動率首先，確定股票價格的觀察區(qū)間（如日、周、月等），它是計算收益率的時間單位。以日收益率用于計算日波動率，以周收益率用于計算周波動率，以月收益率計算月波動率。其次，須確定樣本觀測次數(shù)（連續(xù)的觀察區(qū)間數(shù)量：日、周、月等）。目前還沒有統(tǒng)一的樣本觀測次數(shù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，但對于日波動率計算通常采用最近90~180天內(nèi)每天收盤價格作為樣本數(shù)據(jù)，以此估計日收益率的標(biāo)準(zhǔn)差。最后，將日收益率標(biāo)準(zhǔn)差乘以得到年化的日波動率。

11.2股票的收益率和波動率

11.2股票的收益率和波動率注：示例程序見ipynb文件中的代碼圖11.4股票價歷史格波動率曲線11.2股票的收益率和波動率股票收益率相關(guān)性分析理論分析和實踐經(jīng)驗都已表明，股票投資組合中的個股之間的收益率的相關(guān)性越低，則該投資組合抵抗市場風(fēng)險的能力越強。根據(jù)較長時間各股票的收益率相關(guān)性水平可量化彼此漲跌相關(guān)性程度，有利于降低投資組合的風(fēng)險。表11.3相關(guān)系數(shù)矩陣數(shù)據(jù)表11.2股票的收益率和波動率

sh.000001sz.399001sz.399006sh.601398sz.000002sz.300014sh.00000110.91310.76370.3040.50150.4929sz.3990010.913110.93190.0360.37030.6491sz.3990060.76370.93191-0.08810.20460.7643sh.6013980.3040.036-0.088110.3487-0.1098sz.0000020.50150.37030.20460.348710.0727sz.3000140.49290.64910.7643-0.10980.07271從表11.3可看出，上證指數(shù)和深證成指之間的相關(guān)性較強，創(chuàng)業(yè)板指與深證成指之間的相關(guān)性顯著高于創(chuàng)業(yè)板指與上證指數(shù)之間的相關(guān)性。

上海證券交易所交易的股票（股票編號以60開頭）與上證指數(shù)之間的相關(guān)未必比該股與深證成指、創(chuàng)業(yè)板指之間的相關(guān)性稍強，而深圳交易所交易的股票（股票編號以00或30開頭）與深證成指之間的相關(guān)性也未必比它與上證指數(shù)之間的相關(guān)性強。如下圖11.5所示的三大指數(shù)的月累計收益率走勢表明深圳成指和創(chuàng)業(yè)板指數(shù)都顯著弱于上證指數(shù)，且深圳成指與創(chuàng)業(yè)板指數(shù)的走勢比較同步，它們的振幅也相對于上證指數(shù)明顯大些。11.2股票的收益率和波動率注：示例程序見ipynb文件中的代碼圖11.5A股指數(shù)累計收益率對比11.2股票的收益率和波動率股票技術(shù)指標(biāo)是相對于公司基本面指標(biāo)而言的股票價格走勢評估指標(biāo)。目前已有豐富的可描述股票價格變化諸多特征的技術(shù)指標(biāo)體系，量化的技術(shù)指標(biāo)通常用來推測股票價格的變動方向。11.3股票技術(shù)指標(biāo)計算最常見的股票技術(shù)指標(biāo)包括簡單移動平均線、異同移動平均線（MACD）、以及隨機指數(shù)KDJ等。股票價格移動平均線是一種反映股票價格走勢的曲線段，在實際使用中往往承擔(dān)著股票價格支撐線和壓力線的作用，從而可以作為股價走勢的一個指引。當(dāng)股票價格變動具有明顯趨勢時，移動平均線的趨勢指引意義相當(dāng)顯著，且移動平均線的周期越長則它代表價格走勢時間也越長。相對于簡單移動平均線而言，異同移動平均線（MACD）對股票價格趨勢變動的反映更為有效，因為它吸收了簡單移動平均線的趨勢性優(yōu)點，克服了簡單移動平均線假信號頻繁的缺陷，通過MACD趨勢的走向及背離的強弱可以判斷未來股價走勢變動的可能性。在實際應(yīng)用中，MACD首先需要根據(jù)股票收盤價格計算出一條快速移動平均線（即EMA1）和一條慢速移動平均線（即EMA2），再計算這兩條平均線對應(yīng)時點的數(shù)值（快、慢線）之間的離差值（DIF），最后計算DIF的N周期平滑移動平均線DEA（也稱MACD、DEM）線。11.3股票技術(shù)指標(biāo)計算在計算MACD指標(biāo)時，最常見的EMA計算中N選取12和26分別作為快線和慢線的時間長度，因此相應(yīng)為2/13和2/27。在EMA指標(biāo)計算公式中，每天價格的權(quán)重系數(shù)以指數(shù)等比關(guān)系縮小，越靠近當(dāng)前時刻的價格對應(yīng)的權(quán)重越大，這說明EMA函數(shù)更及時地反映近期價格的變動。以EMA1的參數(shù)為12（日）、EMA2的參數(shù)為26（日）、DIF的參數(shù)為9（日）為例，MACD指標(biāo)的計算過程如下。①計算移動平均值（EMA）：EMA(12)=今日收盤價*2/13+昨日EMA(12)*11/13EMA(26)=今日收盤價*2/27+昨日EMA(26)*25/27②計算離差值（DIF）：DIF=今日EMA(12)-今日EMA(26)③計算DIF的9日EMA：今日DEA(MACD)=今日DIF*2/10+昨日DEA*8/1011.3股票技術(shù)指標(biāo)計算在計算EMA時，股票第一天的EMA值應(yīng)該設(shè)置為零，于是對應(yīng)同日的DIF和DEA也為零。在繪制MACD指標(biāo)時還需體現(xiàn)DIF與EMA之間的差值變化，通常以柱狀線（BAR）長度表示差值的大小，以在零軸上和下表示差值的正負(fù)，其計算公式為：BAR=2*(DIF-DEA)其中用2乘以差值僅僅是為了讓差值在圖形上更容易被識讀，這個倍數(shù)值可以自由設(shè)置而不會對MACD指標(biāo)指引意義產(chǎn)生任何影響。11.3股票技術(shù)指標(biāo)計算注：示例程序見ipynb文件中的代碼圖11.6股票MACD走勢11.3股票技術(shù)指標(biāo)計算習(xí)慣上，稱股市中某只股票的過度買入為超買，稱某只股票的過度賣出為超賣。隨機指數(shù)（KDJ）是投資者經(jīng)常用來測算超買超賣現(xiàn)象的技術(shù)指標(biāo)，該指標(biāo)由K、D、J三條曲線組成，它綜合了動量指標(biāo)、強弱指數(shù)和移動平均線的一些優(yōu)點，反映了股票價格走勢的強弱與波段的趨勢。指標(biāo)KDJ的計算包括兩個步驟：①計算周期內(nèi)(n日、n周等)的未成熟隨機指標(biāo)值RSV：

式中，Cn為第n日(周、月等)的收盤價；Ln為n日(周、月等)內(nèi)的最低價；Hn為n日(周、月等)內(nèi)的最高價。11.3股票技術(shù)指標(biāo)計算指標(biāo)KDJ的計算包括兩個步驟：①計算周期內(nèi)(n日、n周等)的未成熟隨機指標(biāo)值RSV：

式中，Cn為第n日(周、月等)的收盤價；Ln為n日(周、月等)內(nèi)的最低價；Hn為n日(周、月等)內(nèi)的最高價。②計算K值、D值、J值：