【手把手教你基于Keras的AutoEncoder模型拟合预测股票走势】

什么是AutoEncoder

举个栗子：大家应该或多或少都会看片儿吧，
看啥片儿我就不过多得问了，哈哈，我是不是说多了。
从模拟信号源转化为数字信号源是需要一套编码的，这就是Encoder编译器，
那么我们通过机器或者软件将编译好的片儿读取出来观看，
这个过程就是解码，解码的英文是Decoder。

咱们今天说得这套深度学习AutoEncoder模型也是同理，先将我们得数据进行加噪音浓缩处理，然后优化后再进行预测。
这里是作者给我们的逻辑图，第二幅是我找的一个图片：

这里是 Kaggle的Jane Street Market Prediction 代码的原文地址。

上代码演示

库导入有点儿离谱哈，凑合看吧。

#import packages
import pandas as pd
import numpy as np
import datetime as dt
import tushare as ts
token=【放入你的tushare密钥，记得加双引号】
pro = ts.pro_api(token)
#to plot within notebook
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
#setting figure size
from matplotlib.pylab import rcParams
rcParams['figure.figsize'] = 20,10
rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
rcParams['axes.unicode_minus']=False
# keras
from keras.layers import \
    Input, \
    BatchNormalization, \
    GaussianNoise, \
    Dense, \
    Activation, \
    Dropout, \
    Concatenate
from keras.models import Model
from keras.optimizers import Adam
from keras.losses import MeanSquaredError, BinaryCrossentropy
from keras.metrics import MeanAbsoluteError, AUC
from keras.callbacks import ReduceLROnPlateau #, ModelCheckpoint, Callback, EarlyStopping
# sklearn
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
### KNN 和 LSTM 都会用到归一法，先提前预设好函数
scaler = MinMaxScaler(feature_range=(0, 1))

封装的一个获取数据的函数

# 股票或指数行情数据下载
# 你可以把常看的股票编辑放在这里
def get_raw_data():
    tickers = {
        '沪深300':'399300.SZ',
        '上证':'000001.SH',
        '诺德':'600110.SH',
        '仁智':'002629.SZ',
        '双良':'600481.SH',
        '明阳':'601615.SH',
        '鞍重':'002667.SZ',
        '道森':'603800.SH',
        '梅花':'600873.SH',
        '新安':'600596.SH',
        '隆基':'601012.SH',
    }
    code = tickers['诺德']
    if code.startswith('399'):
        _df = pro.index_daily(ts_code=code,start_date='20121231',end_date='')
    elif code == "000001.SH":
        _df = pro.index_daily(ts_code=code,start_date='20121231',end_date='')
    else:
        _df = pro.daily(ts_code=code, start_date='20121231', end_date='')
    return _df

清洗数据这一块我是从zhugby大佬这边获取的，有需要的朋友请自行去购买下载，不能做断人财路/侵犯他人权益的事儿。zhugby大佬的代码分享一共给大家展示了4种机器学习和深度学习的模型，我个人是觉得非常优秀的，让我收获颇丰。强烈建议大家去学习一下，而且也为我的数据准备打下了很夯实的基础。

MLP_AutoEncoder核心代码

def create_ae_mlp(num_columns,
                  num_labels,
                  hidden_units,
                  dropout_rates,
                  ls = 1e-2,
                  lr = 1e-3):
    # 定义输入
    inputs = Input(shape = (num_columns, ))
    x0 = BatchNormalization()(inputs)
    # 高斯加噪
    noise_x0 = GaussianNoise(dropout_rates[0])(x0)
    # 编码器
    encoder = Dense(hidden_units[0])(noise_x0)
    encoder = BatchNormalization()(encoder)
    encoder = Activation('swish')(encoder)
    # 解码器
    decoder = Dropout(dropout_rates[1])(encoder)
    decoder = Dense(num_columns, name = 'decoder')(decoder)
    # Classification Layer
    x_ae = Dense(hidden_units[1])(decoder)
    x_ae = BatchNormalization()(x_ae)
    x_ae = Activation('swish')(x_ae)
    x_ae = Dropout(dropout_rates[2])(x_ae)
    # Autoencoder的分类器
    out_ae = Dense(num_labels,
                   activation='sigmoid',
                   name = 'ae_action')(x_ae)
    # 拼接原始输入和编码器输入
    x = Concatenate()([x0, encoder])
    # MLP的网络层
    x = BatchNormalization()(x)
    x = Dropout(dropout_rates[3])(x)
    for i in range(2, len(hidden_units)):
        x = Dense(hidden_units[i])(x)
        x = BatchNormalization()(x)
        x = Activation('swish')(x)
        x = Dropout(dropout_rates[i + 2])(x)
    # MLP的分类器
    out = Dense(num_labels, activation = 'sigmoid', name = 'action')(x)
    # 定义输入输出
    model = Model(inputs = inputs, outputs = [decoder, out_ae, out])
    # 定义优化器，损失函数和Metrics
    model.compile(optimizer = Adam(learning_rate = lr),
                  loss = {'decoder': MeanSquaredError(),
                          'ae_action': BinaryCrossentropy(label_smoothing = ls),
                          'action': BinaryCrossentropy(label_smoothing = ls),
                          },
                  metrics = {'decoder': MeanAbsoluteError(name = 'MAE'),
                             'ae_action': AUC(name = 'AUC'),
                             'action': AUC(name = 'AUC'),
                             },
                  )

    return model

不得不说原作者“Mingjie Wang"的代码功力是真漂亮：工整，清晰，明确！具体的参数调整请大家自己学习修改，非常有趣！

模型预测代码

def prediction_AE():
    #creating train and test sets
    new_data = new_data_0.copy()
    new_data.drop('trade_date', axis=1, inplace=True)

    dataset = new_data.values

    slice_ratio = 0.8
    slicer = (len(new_data) * slice_ratio).__int__()

    train_MLP = dataset[:slicer,:]
    valid_MLP = dataset[slicer:,:]

    #converting dataset into x_train and y_train 归一化
    scaled_data = scaler.fit_transform(dataset)

    x_train, y_train = [], []
    for i in range(60,len(train_MLP)):
        x_train.append(scaled_data[i-60:i,0])
        y_train.append(scaled_data[i,0])
    x_train, y_train = np.array(x_train), np.array(y_train)

    x_train = np.reshape(x_train, (x_train.shape[0],x_train.shape[1],1))

    ### 参数可以自己去调整，如果你知道自己在干嘛，你大概是需要什么！
    MLP_params = {
        'num_columns': x_train.shape[1],
        'num_labels': 1,
        'hidden_units': [96, 96, 896, 448, 448, 256],
        'dropout_rates': [0.03528, 0.038425, 0.4241, 0.1043, 0.4923, 0.32, 0.2717, 0.438],
        'ls': 1e-2,
        'lr': 1e-3,
    }

    model = create_ae_mlp(**MLP_params)

    reduce_lr = ReduceLROnPlateau(monitor='val_loss', factor=0.9, patience=5, min_lr=0.000001, verbose=1)   # 磐创AI

    # 从图上分析来看，30次epoch似乎是一个比较理想的数值，看看batch_size多少更理想些吧。
    _history = model.fit(x_train, y_train, epochs=30, batch_size=8, verbose=1, callbacks=[reduce_lr])

    inputs = new_data[len(new_data) - len(valid_MLP) - 60:].values
    inputs = inputs.reshape(-1,1)
    inputs = scaler.transform(inputs)

    X_test = []
    for i in range(60,inputs.shape[0]):
        X_test.append(inputs[i-60:i,0])
    X_test = np.array(X_test)

    X_test = np.reshape(X_test, (X_test.shape[0],X_test.shape[1],1))
    closing_price = model.predict(X_test)
    preds = scaler.inverse_transform(closing_price[1])
    rms=np.sqrt(np.mean(np.power((valid_MLP-preds),2)))
    return preds, rms, _history

history = prediction_AE()[2]
valid_0['Pre_MLP'] = prediction_AE()[0]
valid_0.tail()

效果如何呢？

也许是我的80%训练预测比例有点儿劲儿使狠了，从图上看：在诺德股份2021年冲高的那段拟合程度并不是很好，其实也说明了一点就是这一波市场的情绪还是比较激进的，锂电板块亦是如此。从过去的数据计算方式来看并没有能够预判出来。

结语

1. 机器学习和深度学习（ML & DL）是非常好的金融量化工具，预测只是一方面，我们还可以用模型去优化我们的因子，测试因子的有效程度，这都是可以实现的，就看大家怎么去用这个好工具。
2. 千万不要迷信这玩意儿，ML和DL模型更多的是用在金融以外的时间排序数据处理上，在金融领域上运用的并不是很理想，毕竟金融市场并不是什么一两个模型就能预判和左右的（尤其像咱们大A这种市场，都懂的）。
3. 最后推一波我导师的博客。他是咱天朝暨南大学非常优秀的金融学博士，在金融领域很有建树。他在我的量化学习的道路上给予了非常大的帮助，包括但不限于理论/代码/书籍等方方面面的指导学习。