Python使用pyfinance包進(jìn)行證券收益分析

更新時(shí)間：2021年11月19日 09:48:20 作者：Python學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘

在查找如何使用Python實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)回歸時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)很有用的量化金融包——pyfinance。顧名思義，pyfinance是為投資管理和證券收益分析而構(gòu)建的Python分析包，主要是對(duì)面向定量金融的現(xiàn)有包進(jìn)行補(bǔ)充，如pyfolio和pandas等。pyfinance包含六個(gè)模塊，下面將一一介紹

pyfinance簡(jiǎn)介
returns模塊應(yīng)用實(shí)例
收益率計(jì)算
CAPM模型相關(guān)指標(biāo)
風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)
基準(zhǔn)比較指標(biāo)
風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整收益指標(biāo)
綜合業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)分析實(shí)例
結(jié)語(yǔ)
技術(shù)交流

pyfinance簡(jiǎn)介

datasets.py ：金融數(shù)據(jù)下載（基于request進(jìn)行數(shù)據(jù)爬蟲(chóng)，有些數(shù)據(jù)由于外網(wǎng)受限已經(jīng)無(wú)法下載）；

general.py：通用財(cái)務(wù)計(jì)算，例如主動(dòng)份額計(jì)算，收益分配近似值和跟蹤誤差優(yōu)化；

ols.py：回歸分析，支持pandas滾動(dòng)窗口回歸；

options.py：期權(quán)衍生品計(jì)算和策略分析；

returns.py：通過(guò)CAPM框架對(duì)財(cái)務(wù)時(shí)間序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，旨在模擬FactSet Research Systems和Zephyr等軟件的功能，并提高了速度和靈活性；

utils.py：基礎(chǔ)架構(gòu)。

本文主要圍繞returns模塊，介紹pyfinance在證券投資分析中的應(yīng)用，后續(xù)將逐步介紹datasets、options、ols等模塊。

returns模塊應(yīng)用實(shí)例

pyfinance的安裝比較簡(jiǎn)單，直接在cmd（或anaconda prompt）上輸入"pip install pyfinance"即可。returns模塊主要以TSeries類(lèi)為主體（暫不支持dataframe），相當(dāng)于對(duì)pandas的Series進(jìn)行類(lèi)擴(kuò)展，使其實(shí)現(xiàn)更多功能，支持證券投資分析中基于CAMP（資本資產(chǎn)定價(jià)模型）框架的業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算。引用returns模塊時(shí)，直接使用"from pyfinance import TSeries"即可。

下面以tushare為數(shù)據(jù)接口，先定義一個(gè)數(shù)據(jù)獲取函數(shù)，在函數(shù)里對(duì)收益率數(shù)據(jù)使用TSeries進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后便可以直接使用TSeries類(lèi)的相關(guān)函數(shù)。

import pandas as pd  
import numpy as np
from pyfinance import TSeries
import tushare as ts
def get_data(code,start='2011-01-01',end=''):
    df=ts.get_k_data(code,start,end)
    df.index=pd.to_datetime(df.date)
    ret=df.close/df.close.shift(1)-1
    #返回TSeries序列
    return TSeries(ret.dropna())

#獲取中國(guó)平安數(shù)據(jù)
tss=get_data('601318')
#tss.head()

收益率計(jì)算

pyfinance的returns提供了年化收益率（anlzd_ret）、累計(jì)收益率（cuml_ret）和周期收益率（rollup）等，下面以平安銀行股票為例，計(jì)算收益率指標(biāo)。

#年化收益率
anl_ret=tss.anlzd_ret()
#累計(jì)收益率
cum_ret=tss.cuml_ret()
#計(jì)算周期收益率
q_ret=tss.rollup('Q')
a_ret=tss.rollup('A')

print(f'年化收益率：{anl_ret*100:.2f}%')
print(f'累計(jì)收益率：{cum_ret*100:.2f}%')
#print(f'季度收益率：{q_ret.tail().round(4)}')
#print(f'歷年收益率：{a_ret.round(4)}')

輸出結(jié)果：

累計(jì)收益率：205.79%

年化收益率：12.24%

#可視化每個(gè)季度（年）收益率
from pyecharts import Bar
attr=q_ret.index.strftime('%Y%m')
v1=(q_ret*100).round(2).values
bar=Bar('中國(guó)平安各季度收益率%')bar.add('',attr,v1,)
bar

from pyecharts import Bar
attr=a_ret.index.strftime('%Y')
v1=(a_ret*100).round(2).values
bar=Bar('中國(guó)平安歷年收益率%')
bar.add('',attr,v1,is_label_show=True,
       is_splitline_show=False)
bar

CAPM模型相關(guān)指標(biāo)

基于CAPM模型計(jì)算alpha、beta、回歸決定系數(shù)R2、t統(tǒng)計(jì)量和殘差項(xiàng)等。實(shí)際上主要使用了ols回歸，因此如果要獲得這些動(dòng)態(tài)的alpha和beta值，可以進(jìn)一步借助ols模塊的滾動(dòng)回歸函數(shù)（PandasRollingOLS）了，這將在后續(xù)推文介紹其應(yīng)用。

#以滬深300指數(shù)為基準(zhǔn)
#為保證二者長(zhǎng)度一致，以中國(guó)平安的索引為準(zhǔn)
benchmark=get_data('hs300')
benchmark=benchmark.loc[tss.index]

alpha,beta,rsq=tss.alpha(benchmark),tss.beta(benchmark),tss.rsq(benchmark)
tstat_a,tstat_b=tss.tstat_alpha(benchmark),tss.tstat_beta(benchmark)
print(f'alpha:{alpha:.4f}，t統(tǒng)計(jì)量：{tstat_a:.2f}')
print(f'beta :{beta:.4f}，t統(tǒng)計(jì)量：{tstat_b:.2f}')
print(f'回歸決定系數(shù)R2：{tss.rsq(benchmark):.3f}')

alpha:0.0004，t統(tǒng)計(jì)量：1.55
beta :1.0634，t統(tǒng)計(jì)量：60.09
回歸決定系數(shù)R2：0.606

風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)主要包括標(biāo)準(zhǔn)差和最大回撤。在計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，注意需要修改默認(rèn)參數(shù)，打開(kāi)pyfinance安裝包所在路徑，如果是安裝了Anaconda，進(jìn)入以下路徑：

c:\Anaconda3\Lib\site-packages\pyfinance，打開(kāi)returns源文件，找到anlzd_stdev和semi_stdev函數(shù)，將freq默認(rèn)None改成250（一年的交易天數(shù)）。

#年化標(biāo)準(zhǔn)差
a_std=tss.anlzd_stdev()
#下行標(biāo)準(zhǔn)差
s_std=tss.semi_stdev()
#最大回撤
md=tss.max_drawdown()
print(f'年化標(biāo)準(zhǔn)差：{a_std*100:.2f}%')
print(f'下偏標(biāo)準(zhǔn)差：{s_std*100:.2f}%')
print(f'最大回撤差：{md*100:.2f}%')

年化標(biāo)準(zhǔn)差：31.37%
下偏標(biāo)準(zhǔn)差：0.43%
最大回撤差：-45.76%

下偏標(biāo)準(zhǔn)差主要是為解決收益率分布的不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，當(dāng)收益率函數(shù)分布左偏的情況下，使用正態(tài)分布會(huì)低估風(fēng)險(xiǎn)，因此使用傳統(tǒng)夏普比率分母使用全樣本標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行估計(jì)不太合適，應(yīng)使用收益對(duì)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)投資收益的偏離。

基準(zhǔn)比較指標(biāo)

基準(zhǔn)比較指標(biāo)是需要指定一個(gè)基準(zhǔn)（benchmark），如將滬深300指數(shù)作為中國(guó)平安個(gè)股的基準(zhǔn)進(jìn)行比較分析。

bat=tss.batting_avg(benchmark)
uc=tss.up_capture(benchmark)
dc=tss.down_capture(benchmark)
tc=uc/dc
pct_neg=tss.pct_negative()
pct_pos=tss.pct_positive()
print(f'比基準(zhǔn)收益高的時(shí)間占比：{bat*100:.2f}%')
print(f'上行期與基準(zhǔn)收益比：{uc*100:.2f}%')
print(f'下行期與基準(zhǔn)收益比：{dc*100:.2f}%')
print(f'上行期與下行期比：{tc*100:.2f}%')
print(f'個(gè)股下行（收益負(fù)）時(shí)間占比：{pct_neg*100:.2f}%')
print(f'個(gè)股上行（收益正）時(shí)間占比：{pct_pos*100:.2f}%')

比基準(zhǔn)收益高的時(shí)間占比：47.83%
上行期與基準(zhǔn)收益比：111.70%
下行期與基準(zhǔn)收益比：105.32%
上行期與下行期比：106.06%
個(gè)股下行（收益負(fù)）時(shí)間占比：48.94%
個(gè)股上行（收益正）時(shí)間占比：50.00%

此外，信息比率和特雷諾指數(shù)是兩個(gè)常用的基準(zhǔn)比較評(píng)價(jià)指標(biāo)，特別是用于對(duì)基金產(chǎn)品或投資組合的業(yè)績(jī)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

信息比率（information ratio）：以馬克維茨的均值方差模型為基礎(chǔ)，衡量超額風(fēng)險(xiǎn)所帶來(lái)的超額收益，表示單位主動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)所帶來(lái)的超額收益。IR=α ∕ ω (α為組合的超額收益，ω為主動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)），分子α為真實(shí)預(yù)期收益率與定價(jià)模型所計(jì)算出的收益率的差，分母為殘差風(fēng)險(xiǎn)即殘差項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)差。

特雷諾指數(shù)（Treynor ratio）：衡量單位風(fēng)險(xiǎn)的超額收益，計(jì)算公式為:TR=（Rp―Rf）/βp，其中：TR表示特雷諾業(yè)績(jī)指數(shù)，Rp表示某投資組合平均收益率，Rf為平均無(wú)風(fēng)險(xiǎn)利率，βp表示某投資組合的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。

ir=tss.info_ratio(benchmark)
tr=tss.treynor_ratio(benchmark)
print(f'信息比率：{ir:.3f}')
print(f'特雷諾指數(shù)：{tr:.3f}')

信息比率：0.433
特雷諾指數(shù)：0.096

風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整收益指標(biāo)

風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整收益率指標(biāo)比較常用的有夏普比率（sharpe ratio）、索提諾比率（sortino ratio）和卡瑪比率（calmar ratio），這三個(gè)指標(biāo)都是風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整后收益比率，因此分子都是收益指標(biāo)，分母都是風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

夏普比率（Sharpe Ratio）：風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整后的收益率，計(jì)算公式：＝[E(Rp)－Rf]/σp，其中E(Rp)：投資組合預(yù)期報(bào)酬率，Rf：無(wú)風(fēng)險(xiǎn)利率，σp：投資組合的標(biāo)準(zhǔn)差。計(jì)算投資組合每承受一單位總風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)產(chǎn)生多少的超額報(bào)酬。
索提諾比率（Sortino Ratio）：與夏普比率思路一致，核心在于分母應(yīng)用了下行波動(dòng)率概念（Downside Risk），計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差的時(shí)候，不采用均值，而是一個(gè)設(shè)定的可接受最小收益率（r_min），收益率序列中，超出這個(gè)最小收益率的收益距離按照0計(jì)算，低于這個(gè)收益率的平方距離累積，這樣標(biāo)準(zhǔn)差就變成了半個(gè)下行標(biāo)準(zhǔn)差。對(duì)應(yīng)的，索提諾比率的分子也采用策略收益超出最低收益的部分。與夏普比率相比，索提諾比率更看重對(duì)（左）尾部的預(yù)期損失分析，而夏普比率則是對(duì)全體樣本進(jìn)行分析。
Calmar比率(Calmar Ratio) ：描述收益和最大回撤之間的關(guān)系，計(jì)算方式為年化收益率與歷史最大回撤之間的比率。Calmar比率數(shù)值越大，投資組合業(yè)績(jī)表現(xiàn)越好。

sr=tss.sharpe_ratio()
sor=tss.sortino_ratio(freq=250)
cr=tss.calmar_ratio()
print(f'夏普比率：{sr:.2f}')
print(f'索提諾比率：{sor:.2f}')
print(f'卡瑪比率：{cr:.2f}')

夏普比率：0.33
索提諾比率：28.35
卡瑪比率：0.27

綜合業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)分析實(shí)例

下面將上述常用指標(biāo)進(jìn)行綜合，并獲取多只個(gè)股進(jìn)行比較分析。

def performance(code,start='2011-01-01',end=''):
    tss=get_data(code,start,end)
    benchmark=get_data('hs300',start,end).loc[tss.index]
    dd={}
    #收益率
    #年化收益率
    dd['年化收益率']=tss.anlzd_ret()
    #累積收益率
    dd['累計(jì)收益率']=tss.cuml_ret()
    #alpha和beta
    dd['alpha']=tss.alpha(benchmark)
    dd['beta']=tss.beta(benchmark)
    #風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)
    #年化標(biāo)準(zhǔn)差
    dd['年化標(biāo)準(zhǔn)差']=tss.anlzd_stdev()
    #下行標(biāo)準(zhǔn)差
    dd['下行標(biāo)準(zhǔn)差']=tss.semi_stdev()
    #最大回撤
    dd['最大回撤']=tss.max_drawdown()
    #信息比率和特雷諾指數(shù)
    dd['信息比率']=tss.info_ratio(benchmark)
    dd['特雷納指數(shù)']=tss.treynor_ratio(benchmark)
    #風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整收益率
    dd['夏普比率']=tss.sharpe_ratio()
    dd['索提諾比率']=tss.sortino_ratio(freq=250)
    dd['calmar比率']=tss.calmar_ratio()
    df=pd.DataFrame(dd.values(),index=dd.keys()).round(4)
    return df

獲取多只個(gè)股（也構(gòu)建投資組合）數(shù)據(jù)，對(duì)比評(píng)估業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)：

#獲取多只股票數(shù)據(jù)

df=pd.DataFrame(index=performance('601318').index)
stocks={'中國(guó)平安':'601318','貴州茅臺(tái)':'600519',\
        '海天味業(yè)':'603288','格力電器':'000651',\
        '萬(wàn)科A':'00002','比亞迪':'002594',\
        '云南白藥':'000538','雙匯發(fā)展':'000895',\
        '海爾智家':'600690','青島啤酒':'600600'}
for name,code in stocks.items():
    try:
        df[name]=performance(code).values
    except:
        continue

d

結(jié)語(yǔ)

pyfinance主要為證券投資管理和績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)而設(shè)計(jì)的python包，對(duì)于考CFA和FRM的讀者相當(dāng)實(shí)用。實(shí)際上，pyfinance的returns模塊是對(duì)pandas的Series類(lèi)進(jìn)行了擴(kuò)展，從而支持證券投資收益分析和績(jī)效評(píng)價(jià)。Python是建立在各種輪子上（module）的“膠水”語(yǔ)言，因此善于借用已有的包進(jìn)行計(jì)算和編程，可以提高效率，減少自己“造輪子”的時(shí)間和精力。本文主要介紹了pyfinance中returns模塊的應(yīng)用，其他模塊的應(yīng)用將在后續(xù)推文中進(jìn)行介紹。