VectorBT量化入门系列：第四章 高级策略开发与优化

VectorBT量化入门系列：第四章 高级策略开发与优化

本教程专为中高级开发者设计，系统讲解VectorBT技术在量化交易中的应用。通过结合Tushare数据源和TA-Lib技术指标，深度探索策略开发、回测优化与风险评估的核心方法。从数据获取到策略部署，全面提升量化交易能力，助力开发者构建高效、稳健的交易系统。
文中内容仅限技术学习与代码实践参考，市场存在不确定性，技术分析需谨慎验证，不构成任何投资建议。适合量化新手建立系统认知，为策略开发打下基础。

学习对象

• 中高级水平的开发者和数据分析师
• 具备 Python 编程基础和一定的数据分析能力
• 对量化交易和金融数据处理有一定了解
• 熟悉 A 股市场，了解 Tushare 数据源和 TA-Lib 技术指标

教程目标

• 系统学习 VectorBT 技术，掌握其在量化交易中的应用
• 熟练使用 Tushare 数据源获取 A 股市场数据，并使用 Parquet 文件存储
• 掌握基于 VectorBT 的策略开发、回测和性能评估流程
• 学会使用 TA-Lib 计算技术指标，并将其应用于交易策略
• 理解并实现多因子策略、机器学习策略等高级策略
• 掌握策略优化、风险管理以及策略组合的方法
• 能够独立构建和评估量化交易策略，并部署到生产环境

教程目录

第一章 VectorBT基础与环境搭建

1.1 VectorBT简介与应用场景
1.2 环境搭建与依赖安装
1.3 数据源与Tushare集成
1.4 数据存储与Parquet文件格式

第二章：VectorBT核心功能与数据处理

2.1 数据加载与预处理
2.2 时间序列数据处理
2.3 技术指标计算与TA-Lib集成
2.4 数据可视化与探索性分析

第三章：VectorBT策略回测基础

3.1 策略定义与实现
3.2 回测流程与关键参数
3.3 性能评估指标与解读
3.4 策略优化与参数调整

第四章：高级策略开发与优化

4.1 多因子策略开发
4.2 机器学习策略集成
4.3 风险管理与交易成本模拟
4.4 策略组合与资产配置

第五章：VectorBT性能评估与分析

5.1 性能评估框架
5.2 统计指标与回测报告
5.3 敏感性分析与压力测试
5.4 策略对比与选择标准

第六章：VectorBT实战案例

6.1 基于MACD的动量策略
6.2 基于RSI的均值回归策略
6.3 多因子选股策略
6.4 机器学习预测策略

第七章：VectorBT扩展与最佳实践

7.1 自定义指标与策略
7.2 高效回测与并行计算
7.3 代码优化与性能提升
7.4 生产环境部署与监控

第四章 高级策略开发与优化

本章将深入探讨如何开发更复杂的交易策略，并通过优化提升策略表现。我们将涵盖多因子策略、机器学习策略、风险管理以及策略组合等内容。

4.1 多因子策略开发

多因子策略结合多个技术指标来生成交易信号，通常能提高策略的鲁棒性。

4.1.1 定义多因子信号

import vectorbt as vbt
import pandas as pd
import talib


def generate_multi_factor_signals(df: pd.DataFrame) -> pd.DataFrame:
    # 计算动量因子 (Momentum)
    # 动量因子是过去20天的收益率均值
    df["Momentum"] = df["close"].pct_change(periods=20).rolling(window=20).mean()
    # pct_change(periods=20) 计算每20天的收益率
    # rolling(window=20).mean() 计算这些收益率的20天滚动平均值

    # 计算波动性因子 (Volatility)
    # 波动性因子是过去20天的日收益率标准差
    df["Volatility"] = df["close"].pct_change().rolling(window=20).std()
    # pct_change() 计算每天的收益率
    # rolling(window=20).std() 计算这些收益率的20天滚动标准差

    # 计算相对强弱指数 (RSI)
    # RSI 是一个技术分析指标，用于衡量资产价格变动的速度和变化
    df["RSI"] = talib.RSI(df["close"], timeperiod=14)
    # talib.RSI 计算14天的RSI

    # 计算移动平均收敛/发散指标 (MACD)
    # MACD 是一个趋势跟踪动量指标，显示了两条移动平均线之间的关系
    df["MACD"], _, _ = talib.MACD(
        df["close"], fastperiod=12, slowperiod=26, signalperiod=9
    )
    # fastperiod=12: 快速移动平均线的周期
    # slowperiod=26: 慢速移动平均线的周期
    # signalperiod=9: 信号线的周期
    # 返回值包括 MACD 线、信号线和 MACD 柱状图，这里我们只取 MACD 线

    # 给每个因子分配权重
    weights = {"Momentum": 0.3, "Volatility": -0.2, "RSI": 0.3, "MACD": 0.2}

    # 计算合成因子得分
    df["Factor_Score"] = sum([df[col] * weights[col] for col in weights])

    # 设定买入卖出阈值
    buy_threshold = 0.5
    sell_threshold = -0.5

    # 生成交易信号
    df["signal"] = np.where(
        df["Factor_Score"] > buy_threshold,
        1,
        np.where(df["Factor_Score"] < sell_threshold, -1, 0),
    )
    return df

4.1.2 运行多因子策略

def run_multi_factor_strategy(df: pd.DataFrame) -> vbt.Portfolio:
    """运行多因子策略。

    :param df: 包含多因子信号的DataFrame
    :return: 回测结果
    """
    # 创建投资组合
    portfolio = vbt.Portfolio.from_signals(
        close=df["close"],
        entries=df["signal"] == 1,
        exits=df["signal"] == -1,
        freq="D",
        init_cash=100000,
    )

    return portfolio


# 示例：运行多因子策略
data = load_data_from_parquet("./data/600519.SH.parquet")  # 贵州茅台
data = generate_multi_factor_signals(data)
portfolio = run_multi_factor_strategy(data)
# 评估策略性能
evaluate_performance(portfolio)

输出：

总回报率: 31.69%
夏普比率: 0.42
最大回撤: -46.72%
总利润: 31691.35

4.2 机器学习策略集成

机器学习可以用于预测市场走势，从而生成交易信号。我们将使用随机森林模型作为示例。

4.2.1 准备特征和标签

from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score


def prepare_features_and_labels(df: pd.DataFrame) -> tuple[pd.DataFrame, pd.Series]:
    """准备机器学习的特征和标签。

    :param df: 输入的DataFrame
    :return: 特征矩阵和标签向量
    """
    # 计算技术指标作为特征
    df["macd"], df["macd_signal"], _ = talib.MACD(df["close"])
    df["rsi"] = talib.RSI(df["close"], timeperiod=14)
    df["bb_upper"], df["bb_middle"], df["bb_lower"] = talib.BBANDS(
        df["close"], timeperiod=20
    )

    # 创建标签（1表示上涨，0表示下跌）
    df["target"] = (df["close"].shift(-1) > df["close"]).astype(int)

    # 去除NaN值
    df.dropna(inplace=True)

    # 分离特征和标签
    X = df[["macd", "rsi", "bb_upper", "bb_lower"]]
    y = df["target"]

    return X, y


# 示例：准备特征和标签
X, y = prepare_features_and_labels(data)

4.2.2 训练和预测

def train_and_predict(X: pd.DataFrame, y: pd.Series) -> pd.Series:
    """训练机器学习模型并进行预测。

    :param X: 特征矩阵
    :param y: 标签向量
    :return: 预测结果
    """
    # 分割数据集
    X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(
        X, y, test_size=0.2, random_state=42
    )

    # 训练随机森林模型
    model = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42)
    model.fit(X_train, y_train)

    # 预测
    y_pred = model.predict(X_test)

    # 评估模型
    print(f"模型准确率: {accuracy_score(y_test, y_pred):.2%}")

    # 返回预测结果
    return pd.Series(y_pred, index=X_test.index)


# 示例：训练和预测
predictions = train_and_predict(X, y)

输出：

模型准确率: 56.60%

4.3 风险管理与交易成本模拟

风险管理是策略开发的重要组成部分。我们将模拟交易成本和设置止损、止盈点。

4.3.1 模拟交易成本

def simulate_trading_costs(
    df: pd.DataFrame, fee_rate: float = 0.0015, slippage_rate: float = 0.0015
) -> vbt.Portfolio:
    """模拟交易成本。

    :param df: 输入的DataFrame
    :param fee_rate: 交易费用率
    :param slippage_rate: 滑点率
    :return: 包含交易成本的回测结果
    """
    # 重新运行回测，包含交易成本
    portfolio_with_costs = vbt.Portfolio.from_signals(
        close=df["close"],
        entries=df["signal"] == 1,
        exits=df["signal"] == -1,
        freq="D",
        init_cash=100000,
        fees=fee_rate,
        slippage=slippage_rate,
    )

    return portfolio_with_costs


# 示例：模拟交易成本
portfolio_with_costs = simulate_trading_costs(data)
# 评估策略性能
evaluate_performance(portfolio_with_costs)

输出：

总回报率: 25.90%
夏普比率: 0.38
最大回撤: -48.80%
总利润: 25896.88

4.3.2 设置止损和止盈

def run_strategy_with_stop_loss_and_take_profit(
    df: pd.DataFrame, stop_loss: float = 0.03, take_profit: float = 0.07
) -> vbt.Portfolio:
    """运行包含止损和止盈的策略。

    :param df: 输入的DataFrame
    :param stop_loss: 止损率
    :param take_profit: 止盈率
    :return: 回测结果
    """
    # 创建投资组合，包含止损和止盈
    portfolio = vbt.Portfolio.from_signals(
        close=df["close"],
        entries=df["signal"] == 1,
        exits=df["signal"] == -1,
        freq="D",
        init_cash=100000,
        fees=0.0015,
        slippage=0.0015,
        sl_stop=stop_loss,
        tp_stop=take_profit,
    )

    return portfolio


# 示例：运行包含止损和止盈的策略
portfolio_with_sl_tp = run_strategy_with_stop_loss_and_take_profit(
    data, stop_loss=0.05, take_profit=0.10
)
# 评估策略性能
evaluate_performance(portfolio_with_sl_tp)

输出：

总回报率: 8.97%
夏普比率: 0.24
最大回撤: -52.46%
总利润: 8968.03

4.4 策略组合与资产配置

策略组合通过将多个策略或资产组合在一起，分散风险并提高整体表现。

4.4.1 创建策略组合

def create_strategy_portfolio(df: pd.DataFrame) -> vbt.Portfolio:
    """创建策略组合。

    :param portfolios: 包含多个策略的回测结果列表
    :return: 组合后的回测结果
    """

    # 应用策略
    df["signal1"] = generate_signals(df)["signal"]
    df["signal2"] = generate_multi_factor_signals(df)["signal"]

    # 组合信号
    df["combined_signal"] = (df["signal1"] + df["signal2"]) / 2
    df["final_signal"] = np.where(
        df["combined_signal"] > 0.5,
        1,
        np.where(df["combined_signal"] < -0.5, -1, 0),
    )

    # 创建组合投资组合
    combined_portfolio = vbt.Portfolio.from_signals(
        close=df["close"],
        entries=data["final_signal"] == 1,
        exits=data["final_signal"] == -1,
        freq="D",
        init_cash=100000,
        fees=0.001,
        slippage=0.001,
        sl_stop=0.05,
        tp_stop=0.10,
    )

    return combined_portfolio


# 示例：创建策略组合
data = load_data_from_parquet("./data/600519.SH.parquet")
combined_portfolio = create_strategy_portfolio(data)

4.4.2 评估组合性能

def evaluate_portfolio_performance(portfolio: vbt.Portfolio) -> pd.DataFrame:
    """评估组合性能。

    :param portfolio: 组合后的回测结果
    :return: 性能报告
    """
    # 打印关键指标
    evaluate_performance(portfolio)
    # 生成性能报告
    report = generate_performance_report(portfolio)

    return report


# 示例：评估组合性能
evaluate_portfolio_performance(combined_portfolio)

输出：

性能报告:
Start                         2020-01-02 00:00:00
End                           2024-12-31 00:00:00
Period                         1212 days 00:00:00
Start Value                              100000.0
End Value                           125896.878873
Total Return [%]                        25.896879
Benchmark Return [%]                    34.867257
Max Gross Exposure [%]                      100.0
Total Fees Paid                       3108.780065
Max Drawdown [%]                         48.79735
Max Drawdown Duration           941 days 00:00:00
Total Trades                                    8
Total Closed Trades                             7
Total Open Trades                               1
Open Trade PnL                       12166.653858
Win Rate [%]                            28.571429
Best Trade [%]                          53.223844
Worst Trade [%]                        -14.092116
Avg Winning Trade [%]                   29.915815
Avg Losing Trade [%]                    -6.885613
Avg Winning Trade Duration      283 days 00:00:00
Avg Losing Trade Duration        95 days 00:00:00
Profit Factor                            1.280865
Expectancy                            1961.460716
Sharpe Ratio                             0.375743
Calmar Ratio                             0.147171
Omega Ratio                              1.059886
Sortino Ratio                            0.558034
dtype: object

总结

通过本章，你已经掌握了以下内容：

1. 多因子策略：如何结合多个技术指标生成交易信号。
2. 机器学习策略：如何使用机器学习模型预测市场走势。
3. 风险管理：如何模拟交易成本并设置止损和止盈。
4. 策略组合：如何将多个策略组合在一起并评估组合性能。

风险提示与免责声明
本文内容基于公开信息研究整理，不构成任何形式的投资建议。历史表现不应作为未来收益保证，市场存在不可预见的波动风险。投资者需结合自身财务状况及风险承受能力独立决策，并自行承担交易结果。作者及发布方不对任何依据本文操作导致的损失承担法律责任。市场有风险，投资须谨慎。