財經時間序列預測:使用R的計量與機器學習方法

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何宗武
圖書標籤:
  • 金融時間序列
  • 計量經濟學
  • 機器學習
  • R語言
  • 預測
  • 投資
  • 量化交易
  • 時間序列分析
  • 金融建模
  • 數據科學
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圖書描述

  本書為進階的教材,需要經濟計量方法和矩陣代數的基礎。時間序列預測是統計學裡非常實用的工具,不論是分析投資組閤的數據、全球總經和金融市場,以及預測景氣循環變動等等,可以用過去的數據資料,預測未來趨勢,是可以符閤實際決策需要的實用能力。
 
  書中並介紹機器學習方法,機器學習不是指特定估計方法,學習指的是如何在資料結構中運算,以追蹤最小預測誤差的方法獲得最佳預測(tuning)。我們應用機器學習演算法訓練歷史資料,執行特徵萃取(features extraction),再測試預測錶現。依此建立一個可預測未來的模型,作為決策之用。
 
  使用R語言進行時間序列預測是本書的一大特點,R語言是統計學中普及且容易上手的分析工具,書中針對一個個資料分析步驟進行深度解說,教給讀者進行預測與評估的最實用方法。
深度洞察:現代金融市場與時間序列分析的精粹 第一部分:金融市場的演化與數據驅動的必然 在當代金融體係中,信息流動的速度與復雜性達到瞭前所未有的高度。從高頻交易到宏觀經濟政策的發布,每一個事件都可能在瞬間重塑市場預期。本書立足於這一現實背景,旨在為讀者構建一個全麵、嚴謹且高度實用的金融時間序列分析框架。 我們不再僅僅滿足於對曆史數據進行簡單的描述性統計。麵對日益擁擠的市場和層齣不窮的金融工具——股票、債券、外匯、衍生品、乃至加密資産——傳統的分析範式已顯乏力。現代金融研究和實踐的核心驅動力,已經明確轉嚮瞭對海量曆史數據的深入挖掘和模式識彆能力,即時間序列的預測與建模。 本書的敘事邏輯,並非停留在對特定軟件工具的簡單操作指南,而是深入探討瞭支撐這些工具背後的計量經濟學原理與統計學基礎。金融時間序列的獨特性在於其非平穩性、波動率聚集性(Volatility Clustering)和厚尾現象,這些特性使得直接應用標準的時間序列模型常常導緻偏差或無效的推斷。因此,我們首先需要建立對這些固有挑戰的深刻理解。 我們將從基礎的隨機過程理論齣發,逐步過渡到描述金融資産價格行為的關鍵模型。這包括對隨機遊走假設(Random Walk Hypothesis)的檢驗,以及更精細的對市場有效性在不同時間尺度下的錶現進行剖析。理解資産價格背後的生成機製,是任何有效預測工作的前提。 第二部分:計量經濟學的堅實基石——經典時間序列建模的迴顧與升級 在邁嚮復雜模型的道路上,計量經濟學提供瞭一套經過時間考驗的分析工具箱。本書詳盡地梳理瞭這些經典方法的精髓,並著重強調瞭它們在處理金融數據時的適用邊界和潛在陷阱。 自迴歸移動平均(ARMA)模型族的構建,是時間序列分析的入門基石。我們不僅會介紹AR、MA、ARMA的基本結構,更重要的是探討如何利用信息準則(如AIC、BIC)進行最優滯後階數的選擇,以及如何通過殘差分析來驗證模型的適應性。 然而,金融市場的波動性並非恒定不變,這是計量建模的一大難點。本書投入瞭大量的篇幅來處理條件異方差性(Conditional Heteroskedasticity)問題。 1. ARCH族模型(自迴歸條件異方差模型):我們詳細解析瞭Engle(1982)提齣的ARCH模型如何捕捉波動率的聚集效應,並逐步引嚮更具彈性的GARCH(廣義ARCH)模型及其各種變體,如EGARCH(處理非對稱效應)和GJR-GARCH(處理杠杆效應)。理解波動率的預測,在風險管理(如VaR計算)中具有不可替代的地位。 2. 協整與嚮量自迴歸(VAR)係統:對於處理多變量係統,如利率、匯率和通脹之間的動態關係,VAR模型是不可或缺的工具。本書將深入探討格蘭傑因果關係檢驗,以及在非平穩數據中如何通過協整檢驗(如Johansen檢驗)來識彆長期均衡關係,並構建誤差修正模型(VECM)以揭示短期動態調整機製。這對於宏觀金融和資産組閤管理至關重要。 第三部分:數據科學革命——機器學習在時間序列預測中的應用潛力 近年來,隨著計算能力的飛躍和海量數據的湧現,機器學習(ML)方法開始對傳統的計量經濟學模型發起挑戰。ML方法的核心優勢在於其強大的非綫性建模能力和特徵工程的靈活性,這恰恰是傳統綫性模型難以捕捉的金融市場深層結構。 本書係統性地引入瞭一係列適用於時間序列預測的ML算法,並強調瞭在時間序列背景下應用這些算法的特殊注意事項: 1. 特徵工程與時序依賴性:與標準的監督學習不同,時間序列預測要求特徵構建必須尊重時間順序。我們將討論如何利用滯後值、移動平均、季節性指標以及統計量(如波動率的滾動標準差)來構建有效的預測因子。 2. 迴歸與分類算法的適應: 樹模型(Decision Trees, Random Forests, Gradient Boosting Machines - XGBoost/LightGBM):這些模型在處理非綫性關係和特徵交互方麵錶現齣色。我們將探討如何利用它們來預測價格變動的方嚮(分類問題)或實際價格水平(迴歸問題)。 支持嚮量機(SVM):作為一種強大的非綫性分類與迴歸工具,SVM在小樣本和高維度問題中的魯棒性值得深入研究。 3. 深度學習的突破:深度學習是時間序列預測領域的前沿陣地。 循環神經網絡(RNN)及其高級變體,特彆是長短期記憶網絡(LSTM)和門控循環單元(GRU),因其捕獲長期依賴關係的能力,成為建模復雜金融序列的首選。我們將詳細解析這些網絡的內部機製,以及如何設計有效的輸入序列和輸齣結構來應對預測任務。 捲積神經網絡(CNN):雖然主要用於圖像處理,但CNN在提取時間序列中的局部模式(如特定的波動形態)方麵也展現齣潛力,我們探討其在特徵提取層麵的應用。 第四部分:從模型到決策——驗證、風險管理與實戰考量 一個優秀的預測模型必須經過嚴苛的檢驗纔能投入實際應用。本書的最後一部分,將焦點轉移到模型的穩健性和實際操作層麵。 1. 預測評估與樣本內/樣本外檢驗:我們強調時間序列交叉驗證(Time Series Cross-Validation)的重要性,區彆於隨機抽樣。評估指標的選擇(如RMSE、MAE、方嚮準確率等)必須與業務目標緊密掛鈎。 2. 模型選擇與參數調優:在眾多模型中進行選擇,需要平衡預測精度、模型復雜度以及計算效率。我們將討論網格搜索(Grid Search)、隨機搜索(Random Search)以及更先進的貝葉斯優化在時間序列模型中的應用。 3. 風險與穩定性:金融預測的價值不僅在於其平均錶現,更在於其在極端市場條件下的錶現。模型必須具備一定的抗過擬閤能力,並且對輸入數據的微小擾動應保持相對穩定。 通過結閤計量經濟學的嚴謹理論框架與現代機器學習的強大計算能力,本書旨在提供一個既具學術深度又極富操作性的指南,幫助讀者駕馭金融時間序列的復雜性,最終實現更精準的預測和更穩健的決策製定。

著者信息

作者簡介
 
何宗武
 
  現任
  臺灣師範大學全球經營與策略研究所 教授
 
  經歷
  世新大學特聘教授
 
  專長為財務經濟學、金融大數據、計量經濟資料科學及程式語言等。著作多本相關書籍,如:《數位創新:商業模式經濟學》、《大數據決策分析盲點大突破10講:我分類故我在》、《管理數學、Python與R:邊玩程式邊學數學,不小心變成數據分析高手》、《R語言:深入淺齣財經計量》、《R資料採礦與數據分析:以GUI套件Rattle結閤程式語言實作》、《資料分析輕鬆學:R Commander高手捷徑》、《Eviews高手:財經計量應用手冊》。

圖書目錄

自序

Part I
時間序列預測基礎
1 統計與時間序列基礎

第1 節 隨機變數和預測 
第2 節 樣本和母體
第3 節 兩組中央趨勢 
第4 節 時間序列特徵
第5 節 時間序列預測的不同之處

2 財經時間序列開放資料之取得
第1 節 Fed 美國聯準會
第2 節 證交所5 秒鐘的高頻資料
第3 節 國際清算銀行的有效匯率指數BIS 
第4 節 R 內建套件quantmod 國際股市資料
第5 節 Fama-French Factor Data 
第6 節 套件JFE 內建函數

3 時間序列的訓練架構—Recursive Validation 
第1 節 K- 段交叉驗證方法(K-fold CV)
第2 節 N 步遞迴驗證(N-step Recursive Validation)
第3 節 K-fold 的關聯問題和Rabinowicz-Rosset 修正CV

4 關於時間序列預測值的計算 
第1 節 資料配適的統計預測 
第2 節 預測未來之一:單步預測 
第3 節 預測未來之二:多步預測 
第4 節 評估模型的預測績效

Part II
經濟計量方法Econometric Methods

5 計量時間序列方法
第1 節 ARIMA 
第2 節 非線性移轉模型:SETAR 和LSTAR 
第3 節 BATS (Box-Cox transform, ARMA, Trend & Seasonality) 
第4 節 BAGGED (Bootstrap AGGregation) 
第5 節 GAMs 
第6 節 時間序列的組閤預測簡介:AveW and Model Average 

6 經濟計量預測實做—臺灣工業生產指數成長率預測 
第1 節 資料與訓練架構
第2 節 R 程式的單步靜態預測 
第3 節 R 程式的動態預測的訓練 

Part III
機器學習 Machine Learning

7 機器學習的演算法 
第1 節 迴歸樹、隨機森林和KNN 
第2 節 簡易人工神經網路(Simple Artificial Neural Network) 
第3 節 Support Vector Machine 
第4 節 Gradien Boosting Machine 
第5 節 正則方法:LASSO, Ridge and Elastic Net 
第6 節 自動化機器學習模式:autoML 委員會 
第7 節 機器學習的動態預測—R 套件iForecast 說明 
附錄

8 機器學習預測實做—指數報酬率預測(Index Returns Forecasting) 
第1 節 資料與模型 
第2 節 R 程式說明與結果呈現 

Part IV
深度學習方法

9 深度學習方法的訓練與學習RNN-LSTM 
第1 節 原理簡說
第2 節 軟體環境設置

10 LSTM 預測實做—美國失業率和通貨膨脹 
第1 節 LSTM 程式說明
第2 節 iForecast 內的ttsLSTM() 

Part V
類別資料
11 分類模式

第1 節 二元廣義線性模式
第2 節 GLM 的R 程式
第3 節 混淆矩陣
第4 節 決策樹分類案例研究 

12 類別時間序列資料的預測—景氣循環
第1 節 資料與問題說明
第2 節 機器學習R 程式

附錄1 R 套件iForecast 介紹 
附錄2 矩陣進一步性質與應用 
第1 節 方陣的特殊性質
第2 節 應用
參考文獻

圖書序言

  • ISBN:9786263431492
  • 規格:平裝 / 336頁 / 19 x 26 x 1.68 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

 
  這幾年的數位革命風潮,造成機器/深度學習的資料演算法普及,也對既有的統計預測有瞭相當的影響,因應這個趨勢,中研院蔡瑞胸院士2021年也齣版瞭一本書(Pena and Tsay, 2021, Statistical Learning for Big Dependent Data),蔡士的重點就在於時間序列預測在機器學習的資料驅動架構下,可以如何使用以及預測錶現如何。這幾年,我也接瞭兩個政府機構的機器學習委託案,分別處理經濟成長和景氣循環的預測。趁著執行委託案的機會,我也將應用機器學習於時間序列預測的相關技術問題,做瞭整理與剋服,例如:多步(動態)預測的產生在一般程式中沒有,既定程式(Python or R) 多是橫斷麵資料預測的延伸使用,所以,到瞭時間序列,就隻是單步(靜態)預測。因應這些問題,結案後,就順勢產生瞭R 套件iForecast,迄今已經多次改版。除瞭可以學習程式細節,同時也可以簡單透過套件使用這些方法。套件會與時俱進,因此,讀者追蹤iForecast 套件,或許是最好的方法。
 
  麵對機器學習,統計顯得更重要;麵對財經時間序列,計量經濟學也更重要。因此,將整體學習所需要的一些內容做瞭整理與觀念釐清後,就齣版瞭這本書。這本書有些主題會比較進階,例如:第3 章第3 節討論到Rabinowicz and Rosset (2022) 刊登在JASA 的論文,也用模擬說明瞭這篇研究對時間序列的意義;在深度學習很紅的循環神經網路(RNN, Recurrent Neural Network) 之LSTM 方法,是屬於比較典型的資訊演算,我們也納入介紹。因此,內容若乾主題,可依照背景自行斟酌學習。
 
  時間序列預測對產業有很多意義,例如:股市波動、失業與通膨等等,時間序列不似橫斷麵資料,所需預測的未來往往不長,但是動態的挑戰相當嚴峻。基於模型選擇的睏境,就務實的角度,將多個模型的預測加權平均組閤起來,如Models Average 應該是最有效的,這也是本書建議預測實務時的作法。
 
  最後,這本書的齣版,我還是不免於俗地要感謝臺師大良好的研究環境,讓我教學之餘,可以完成這本研究型的專題著作。
 
何宗武
國立臺灣師範大學管理學院
全球經營與策略研究所
2022/7/4

用户评价

评分

坦白說,市麵上講解R語言的數據分析書籍已經多到數不清瞭,但專精於「時間序列」這個細分領域,而且還能與「財經」應用緊密結閤的,數量就銳減瞭。這本書的目標讀者群看來相當明確:不隻是單純的學生,更可能是負責實務報錶、策略迴測或量化交易的專業人士。這讓我非常期待書中對於實際應用場景的刻畫。例如,在處理高頻交易數據時,如何利用R的平行運算能力來加速模型訓練?或者在處理結構性金融危機(如2008年金融海嘯)的數據時,如何利用狀態空間模型或隱藏馬可夫模型來捕捉市場的狀態轉移?如果作者能夠提供一些在颱灣本地市場(例如颱股加權指數、櫃買指數)的實例,那將會是極大的加分項,因為不同市場的波動特性和監管環境,都會影響模型參數的最佳設定。這種與本地化情境結閤的深度解析,往往是翻譯書或純理論書無法提供的關鍵洞察。

评分

總體而言,這本《財經時間序列預測》給我的感覺,就像是邀請瞭一位經驗豐富的計量分析師,手持著R這個強大武器,帶領我們走進複雜多變的金融預測世界。我希望這本書能擺脫學術論文常見的冗長鋪陳,直擊核心——也就是「如何用最有效率的方式,在R中建立一個能抵抗市場噪音、且能持續迭代優化的預測模型」。對於想要從傳統計量轉型到數據科學方法的金融從業人員來說,它應該是提供一個清晰路徑圖的角色。最重要的是,好的工具書應該能激發讀者進一步探索的慾望,而不僅僅是提供標準答案。如果書中能點齣目前時間序列預測領域中尚未被完全解決的挑戰,並暗示讀者未來的研究方嚮,那它就遠遠超越瞭一本操作手冊的範疇,而成為引領思考的催化劑。我已迫不及待想看看它如何詮釋我們這個時代最關鍵的金融難題。

评分

當我考慮購買一本工具書時,衡量的不僅是內容的廣度,更是其「易用性」與「現代性」。R語言的生態係迭代速度很快,許多舊的套件語法可能已經被新的、更有效率的語法取代。因此,一本優秀的財經計量書,必須採用當前最穩定、最受業界推崇的套件組閤。我非常關注書中對於處理時間序列數據缺失值、異常值(Outlier)的策略,以及如何將模型結果視覺化成專業的報告圖錶。畢竟,預測的最終目的不隻是算齣一個數字,而是要說服決策者或客戶。因此,如果書中能深入探討如何使用R的強大繪圖功能(例如`ggplot2`的進階應用),將複雜的殘差分析、波動率模擬結果,轉化為清晰、具說服力的視覺語言,那這本書的實用價值將會直線上升。這不僅是技術層麵的問題,更是專業溝通的藝術。

评分

從另一個角度來看,這本書的齣現,剛好銜接瞭計量經濟學與當前最熱門的資料科學之間的鴻溝。過去,我們學計量,偏重於假設檢定、模型的內生性處理和嚴謹的因果推論;但現在的金融界,越來越多地使用機器學習模型,追求的更多是「預測準確度」本身,而非模型的「可解釋性」。這兩派人馬在方法論上有時是互相排斥的。因此,一本能夠巧妙地將兩者整閤起來的書籍,價值就顯著提升瞭。我特別好奇作者是如何處理這種「風格差異」的。是先用嚴謹的計量模型建立基準線(Baseline),再逐步導入機器學習的複雜結構,還是直接跳到深度學習來捕捉非線性關係?對於我們這些從傳統計量背景齣身的人來說,理解機器學習模型背後的統計意義,比單純調參更為重要。如果書中能對像是時間序列特有的交叉驗證策略(例如滾動窗口法),以及如何評估機器學習預測結果的經濟顯著性,提供深入的見解,那絕對會是一本值得反覆翻閱的聖經級參考書,而不是用完一次就束之高閣的速食讀物。

评分

這本《財經時間序列預測:使用R的計量與機器學習方法》,光看書名就讓人覺得這是一本非常「實戰」的工具書。對於我們這些長期在金融市場裡打滾,又需要仰賴數據分析來做決策的同行來說,這簡直是久旱逢甘霖。市麵上很多理論書講得頭頭是道,但一到實際操作,尤其是在處理複雜的金融數據時,那種「紙上談兵」的感覺就很明顯。我特別欣賞書名中強調的「使用R」,這代錶著它不是空談理論,而是手把手教你怎麼在最主流的計量分析軟體環境下,將那些艱澀的計量模型,像是GARCH族群,或是更進階的機器學習算法,真正落地應用到預測股價波動、利率走勢或是匯率變動上。我期待書中能有足夠詳盡的R程式碼範例,讓我們這些已經對R有基本認識的讀者,可以快速複製、修改並套用到自己手上那些非標準化的數據集上。金融領域的數據常常伴隨著高頻雜訊和結構性斷點,如何用這些新舊工具有效清洗和建模,是決定預測準確性的關鍵,希望這本書能提供一些業界前輩的獨門心法,而不僅僅是教科書上的標準流程。

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