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基于GARCH–EVT–Copula和LSTM模型的Black–Litterman投资组合优化

期刊:annals of operations researchDOI:10.1007/s10479-025-06597-6

这篇文档属于类型a,是一篇关于投资组合优化的原创性研究论文。以下是对该研究的学术报告:


主要作者与发表信息

本研究由Vu Huynh(美国纽约州立大学石溪分校数学系)和Bao Quoc Ta(越南胡志明市国际大学数学系,越南国立大学)合作完成,发表于Annals of Operations Research期刊2025年第349卷,论文标题为《Black–Litterman Portfolio Optimization Based on GARCH–EVT–Copula and LSTM Models》。论文于2023年4月18日投稿,2025年3月27日接受,并于2025年4月21日在线发表。


学术背景

研究领域与动机

研究属于金融工程与量化投资领域,核心问题是投资组合优化。传统Markowitz均值-方差模型存在局限性,例如对输入参数敏感、极端权重分配、样本外表现不佳等。Black–Litterman模型通过贝叶斯方法整合投资者主观观点与市场均衡信息,但传统方法假设收益率服从正态分布,且难以捕捉尾部依赖(tail dependence)和非对称性。

研究目标

本研究提出一种混合方法,结合GARCH–EVT–Copula(广义自回归条件异方差-极值理论- copula)模型与LSTM(长短期记忆网络),改进Black–Litterman框架:
1. 用Copula模型捕捉资产收益的尾部依赖和非线性结构;
2. 用LSTM动态生成投资者观点,替代传统分析师预测;
3. 在越南股市Top 30股票组合中验证模型表现。


研究流程与方法

1. 数据准备与预处理

  • 数据来源:越南股市2019年1月至2022年4月的30只高流动性股票,训练集(2019年1月-2021年10月)和测试集(2021年10月-2022年4月)。
  • 特征工程:包括33个特征,分为三类:
    • 价格-成交量特征(如3日/5日移动平均、动量指标);
    • 基本面特征(如债务资产比、ROE);
    • 行业哑变量(如零售、房地产、银行)。

2. 收益率建模

  • GARCH–EVT–Copula模型
    • GARCH(1,1):建模收益率条件波动率;
    • EVT(极值理论):用广义帕累托分布(Generalized Pareto Distribution, GPD)拟合收益率尾部;
    • Copula:通过高斯Copula、t-Copula等建模资产间依赖结构,生成更精确的协方差矩阵。
  • LSTM模型
    • 架构:4层隐藏层(每层50个节点)、30时间步长、50% Dropout;
    • 输入:标准化后的33维特征;
    • 输出:次日收益率预测,作为Black–Litterman的投资者观点。

3. Black–Litterman框架整合

  • 市场均衡收益:通过CAPM计算先验分布;
  • 投资者观点:LSTM预测结果作为观点向量q,不确定性矩阵Ω由τ(置信参数)和Copula协方差矩阵决定;
  • 后验分布:通过贝叶斯更新得到优化后的期望收益率和协方差矩阵。

4. 组合优化与评估

  • 优化目标:最大化夏普比率(Max-Sharpe);
  • 基准对比:传统Black–Litterman、市场指数(VN30、VNIndex);
  • 绩效指标:夏普比率、平均回撤(Average Drawdown)、最大回撤(Max Drawdown)。

主要结果

  1. 收益率表现

    • Copula–Black–Litterman(CBL)组合累计收益达30%,显著高于传统方法(22%)和市场指数(VN30仅7%);
    • LSTM生成的观点有效避免了极端权重分配,在2022年市场波动期间表现稳健。
  2. 风险控制

    • CBL模型的最大回撤为10.2%-12.2%,低于传统方法(13.9%);
    • 不同Copula(Clayton、Gaussian等)均提升夏普比率(2.6-2.7 vs. 传统1.3)。
  3. LSTM贡献

    • 动态整合基本面与行业特征,预测误差低于传统时间序列模型(如ARMA-GARCH)。

结论与价值

科学价值

  1. 方法论创新:首次将GARCH–EVT–Copula与LSTM结合,解决了传统模型对正态假设和静态观点的依赖;
  2. 尾部风险建模:EVT和Copula有效捕捉了金融危机期间的极端损失依赖。

应用价值

  • 新兴市场适用性:在越南股市验证了模型对非正态分布和小样本市场的鲁棒性;
  • 自动化投资:LSTM替代人工观点,为量化投资提供可扩展框架。

研究亮点

  1. 混合模型优势:Copula解决非线性依赖,LSTM增强动态预测能力;
  2. 全面特征工程:结合技术指标与基本面数据,超越传统价量分析;
  3. 开源贡献:未使用专有数据或软件,方法可复现。

其他说明

  • 参数设定:τ=0.01(置信水平90%)、δ=2.5(风险厌恶系数);
  • 局限性:未测试其他新兴市场,LSTM对历史模式的依赖可能在高波动期失效。

此研究为Black–Litterman框架提供了可扩展的改进方案,尤其适用于非正态分布市场,对量化资管领域具有重要实践意义。

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