基于RBF和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的期貨預(yù)測研究綜述

【摘 要】期貨市場作為金融市場的重要部分，對于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的影響。目前，對期貨預(yù)測的研究大都基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。本文將對基于RBF和數(shù)據(jù)挖掘的期貨預(yù)測研究進(jìn)行綜述，主要關(guān)注期貨市場的特點(diǎn)、用于期貨預(yù)測的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的主要算法、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概述和目前研究結(jié)果的比較。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；期貨預(yù)測

0 引言

期貨市場傳遞的價(jià)格信息能比較準(zhǔn)確地反映未來供求狀況的預(yù)期情況及其變動趨勢，是市場供求狀況的超前反應(yīng)，對現(xiàn)貨市場的波動有著特有的前瞻性。因此，選擇有效的期貨預(yù)測方法來分析和預(yù)測期貨市場，對保障金融市場的穩(wěn)定和維護(hù)整個(gè)經(jīng)濟(jì)體系有著重要的作用。由于期貨價(jià)格的變化是一個(gè)非線性的時(shí)間序列，因此使用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法直接對期貨價(jià)格進(jìn)行分析和預(yù)測，其預(yù)測結(jié)果的偏差是比較大[1]?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的期貨預(yù)測研究是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在金融領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)非常重要的方面[2]，那是因?yàn)镽BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模并行數(shù)據(jù)處理以及非線性模擬能力[3]。但是，目前在采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行期貨預(yù)測的眾多文獻(xiàn)中[4-5]，大多的只是單純使用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、模擬。本文試圖通過目前對基于RBF和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的期貨預(yù)測的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理、比較，為期貨預(yù)測的研究起借鑒和啟示意義。

1 我國期貨市場現(xiàn)狀及發(fā)展

1.1 我國期貨市場的現(xiàn)狀

作為商品流通體制改革、價(jià)格市場化的重要產(chǎn)物及市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)致，我國期貨市場歷經(jīng)20多年的探索實(shí)踐，取得了令人矚目的成績，在相關(guān)產(chǎn)業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中開始發(fā)揮越來越重要的作用，尤其是在服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展、影響國際大宗商品價(jià)格等方面中正在成為國家宏觀調(diào)控的一個(gè)抓手。

1.2 我國期貨市場的發(fā)展趨勢

中國的期貨市場作為一種新生事物經(jīng)過十幾年的發(fā)展，從無到有，并且逐漸走向規(guī)劃化。回顧從前，我國期貨市場的發(fā)展可以說是坎坷多難，道路曲折。審視現(xiàn)在，我國的期貨市場已進(jìn)入規(guī)范發(fā)展的時(shí)期，并且正不斷地走向成熟。展望未來，我國宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境良好，長期基礎(chǔ)制度建設(shè)積累了一定基礎(chǔ)，外部環(huán)境不斷改善，期貨市場風(fēng)險(xiǎn)控制能力逐漸加強(qiáng)，同時(shí)科學(xué)化管理水平穩(wěn)步提高，這些都為期貨市場的健康、快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)挖掘簡介及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法概述

2.1 數(shù)據(jù)挖掘簡介

近年來，隨著Internet、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)中的使用也越來越廣泛。由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，隨著時(shí)間的積累也越來越多。在這海量的數(shù)據(jù)中隱藏著許多重要的信息，但是目前的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)卻無法發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，更無法根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來預(yù)測其未來的發(fā)展趨勢。而數(shù)據(jù)挖掘是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的一個(gè)過程。

2.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述

徑向基函數(shù)（RBF-Radial Basis Function）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在80年代末由J.Moody和C.Darken提出的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，RBF網(wǎng)絡(luò)是由輸入層、隱含層和輸出層構(gòu)成的三層前向網(wǎng)絡(luò)[7-9]，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸為：對于輸入層，只負(fù)責(zé)信息的傳輸。對于隱含層：每個(gè)神經(jīng)元將自己和輸入層神經(jīng)元相連的連接權(quán)值矢量 與輸入矢量之間的距離乘以本身的閾值作為自己的輸入。隱含層神經(jīng)元采用徑向基函數(shù)作為激勵(lì)函數(shù)，通常采用高斯函數(shù)作為徑向基函數(shù)。對于輸出層，它對輸入模式的作用做出響應(yīng)。由于輸入到輸出的映射是非線性的，而隱含層空間到輸出空間的映射是線性的，從而大大加快學(xué)習(xí)速度并避免局部極小問題。

圖1 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)圖

隱含層和輸出層采用徑向基函數(shù)作為激勵(lì)函數(shù)，該徑向基函數(shù)的一般高斯函數(shù)表達(dá)式如下式：

由此可知，需要選擇合適的權(quán)值wi和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中心ci即可實(shí)現(xiàn)非線性基函數(shù)的線性轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)有數(shù)據(jù)到未來數(shù)據(jù)的預(yù)測。

3 RBF和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在期貨市場中網(wǎng)絡(luò)模型的比較

3.1 基于主成分分析的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[11-12]使用基于主成分分析法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，再用這些個(gè)數(shù)較少的新變量作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入進(jìn)行模擬預(yù)測。利用SPSS軟件，選擇前3個(gè)成分作為主成分；同樣利用SPSS軟件，得到其成分矩陣。然后，設(shè)計(jì)一個(gè)三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層有3個(gè)神經(jīng)元，輸出層神經(jīng)元為1個(gè)。利用下式對輸入、輸出值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，可使得輸入、輸出值均落在[-1，1]之間。

Xn=2*（x-minx）/（maxx-minx）-1

利用MATLAB的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱中用newrb函數(shù)設(shè)計(jì)這個(gè)徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)，用其做函數(shù)逼近時(shí)，可自動增加隱含層神經(jīng)元，直到達(dá)到均方誤差為止。經(jīng)過試驗(yàn)，該網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測誤差較小，見圖2。

圖2 兩種方法預(yù)測期貨后5日均價(jià)結(jié)果比較

由于主成分之間是相互獨(dú)立的，所以由各主成分組成的輸入空間不存在自相關(guān)性，從而有效地簡化了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高維時(shí)難以尋找網(wǎng)絡(luò)中心的問題，提高了預(yù)測精度。不過徑向基網(wǎng)絡(luò)本身對擴(kuò)展速度的選擇沒有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)，不同的值得到的結(jié)果又較大的偏差，這是該網(wǎng)絡(luò)模型的一個(gè)缺陷，值得深入地研究。

3.2 基于分段取中心值的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

由于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對近似線性時(shí)間序列數(shù)據(jù)預(yù)測誤差較大，我們提出了一種改進(jìn)的算法。該算法以分段取中心值算法為依據(jù)，使徑向基函數(shù)中心點(diǎn)值的確定更加合理，從而使近似線性時(shí)間序列數(shù)據(jù)預(yù)測的準(zhǔn)確度提高。

RBF網(wǎng)絡(luò)模型[13]的學(xué)習(xí)過程可分為兩步：RBF網(wǎng)絡(luò)徑向基函數(shù)的中心與寬度選擇，網(wǎng)絡(luò)輸出層和隱含層權(quán)值之間的確定。改進(jìn)的RBF網(wǎng)絡(luò)模型采用改進(jìn)的分段取中心值算法來確定RBF網(wǎng)絡(luò)徑向基函數(shù)的中心與寬度，同時(shí)利用最小二乘法來確定網(wǎng)絡(luò)輸出層和隱含層之間的權(quán)值。

最后確定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，再利用MATLAB進(jìn)行訓(xùn)練、計(jì)算。經(jīng)過述理論分析和期貨預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道，提出的基于分段取中心值算法的 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間序列變化較平緩且近似有規(guī)律的小幅度的上升或下降時(shí)具有較佳的擬合性能，同時(shí)也說明了 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在期貨預(yù)測上的準(zhǔn)確性和可行性，為短期期貨價(jià)格的走勢提供了參考。

4 結(jié)論與討論

上述研究表明，RBF和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在期貨預(yù)測中的應(yīng)用比較廣泛?？偨Y(jié)當(dāng)今神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究取得的成果，對幾種RBF網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行梳理、比較和研究，可以知道RBF和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對期貨交易的短暫的走向可以做出預(yù)測。同時(shí)，這幾種RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法還是存在很多的不足之處，需要更加深入地進(jìn)行研究，才能對期貨交易進(jìn)行更好地預(yù)測，使得期貨市場發(fā)展的更好，我國的金融市場更加穩(wěn)定。

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[責(zé)任編輯：周娜]