[量化学堂-机器学习]基于LSTM的股票价格预测模型

导语：本文介绍了LSTM的相关内容和在股票价格预测上的应用。并在BigQuant人工智能量化投资平台进行实现。

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LSTM(Long Short Term Memory)是一种 特殊的RNN类型，同其他的RNNs相比可以更加方便地学习长期依赖关系，因此有很多人试图将其应用于 时间序列的预测问题 上。

汇丰银行全球资产管理开发副总裁Jakob Aungiers在他的个人网站上比较详细地介绍了LSTM在Time Series Prediction上的运用（http://www.jakob-aungiers.com/articles/a/LSTM-Neural-Network-for-Time-Series-Prediction） ，本文以这篇文章的代码为基础，以Bigquant为平台，介绍一下”LSTM-for-Time-Series-Prediction“的流程。

Keras是实现LSTM最方便的python库（Bigquant平台已经装好了，不用自己安装了）

from keras.layers.core import Dense, Activation, Dropout
from keras.layers.recurrent import LSTM
from keras.models import Sequential
from keras import optimizers

加载转换数据

例如希望根据前seq_len天的收盘价预测第二天的收盘价，那么可以将data转换为(len(data)-seq_len)(seq_len+1)的数组，由于LSTM神经网络接受的input为3维数组，因此最后可将input+output转化为(len(data)-seq_len)(seq_len+1)*1的数组

def load_data(instrument,start_date,end_date,field,seq_len,prediction_len,train_proportion,normalise=True):
    data=D.history_data(instrument,start_date,end_date,fields)
    ……
    seq_len=seq_len+1  
    result=[]
    for index in range(len(data)-seq_len):
        result.append(data[index:index+seq_len])
        ……
        # 规范化之后
        x_train = train[:, :-1]
        y_train = train[:, -1]
        x_train = np.reshape(x_train, (x_train.shape[0], x_train.shape[1], 1))
        # 测试数据同样处理

构建LSTM神经网络

model = Sequential()  
model.add(LSTM(input_dim=layers[0],output_dim=layers[1],return_sequences=True))
model.add(Dropout(0.2))
model.add(LSTM(layers[1],return_sequences=False))
model.add(Dropout(0.2)) 
model.add(Dense(input_dim=layers[1],output_dim=layers[2]))
model.add(Activation("linear"))
rms=optimizers.RMSprop(lr=conf.lr, rho=0.9, epsilon=1e-06)
model.compile(loss="mse", optimizer=rms)

此神经网络共三层，第一层为LSTM层，输入数据维度是1，输出数据维度为seq_len；第二层也为LSTM层，输入和输出维度均为seq_len层；第三层为Dense层，输入数据维度是seq_len，输出数据维度为1，最终将input与output对应起来。

compile：编译用来配置模型的学习过程，可选参数有loss,optimizer等。模型在使用前必须编译，否则在调用fit或evaluate时会抛出异常。

loss为损失函数，可用mse,mae,binary_crossentropy等；

optimizers为优化器，即优化参数的算法，可供选择为SGD（随机梯度下降法），RMSprop（处理递归神经网络时的一个良好选择），Adagrad等（具体参见http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/ ，网页提供Keras相关函数的详细介绍）。

model.fit(X_train,y_train,batch_size=conf.batch,nb_epoch=conf.epochs,validation_split=conf.validation_split

fit为训练函数，batch_size：整数，训练时一个batch的样本会被计算一次梯度下降，使目标函数优化一步；nb_epoch：迭代次数；validation_split：0~1之间的浮点数，用来指定训练集的一定比例数据作为验证集

predicted = model.predict(data)
predicted = np.reshape(predicted, (predicted.size,))

模型在test_data集上的预测，根据前seq_len长度预测下一时间的close。

另外，在此基础上，若希望预测prediction_len长度的close，则可在第一个predict_close的基础上，以此predict_close和前seq_len-1个true_close为input，预测下一个close，以此类推，可预测一定长度甚至全部长度的时间序列（predict_sequences_multiple，predict_sequence_full）

回测（以predict_sequences_multiple为例）

思路是这样：看prediction_len长度内的涨跌，若prediction_len最后一天收盘价大于第一天的收盘价，则下买单；反之，不做单或者平仓

##效果
效果不是特别好，可能和我没有优化参数有很大关系，希望能抛砖引玉，完整策略代码如下，欢迎指正和讨论:slight_smile:

补充：如果运行出错，请检查M.trade模块是否是最新版本。

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源码地址：《基于LSTM的股票价格预测模型》
实现平台： BigQuant——人工智能量化投资平台

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本文由BigQuant宽客学院推出，版权归BigQuant所有，转载请注明出处。

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参考资料：

• LSTM策略主体参考http://www.jakob-aungiers.com/articles/a/LSTM-Neural-Network-for-Time-Series-Prediction，在一些地方做了一些更改，使之能在bigquant平台上使用以及能够自己调整更多参数
• 对keras有兴趣者可参考http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/，这里有对keras每个函数的详细介绍