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Pylon框架:在PyTorch中实现带约束的损失函数
Pylon框架:在PyTorch中实现带约束的损失函数
7月前
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import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from pylon.core import compile
# 定义LSTM模型
class LSTMModel(nn.Module):
def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_size):
super(LSTMModel, self).__init__()
self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size, num_layers, batch_first=True)
self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size)
def forward(self, x):
self.lstm.flatten_parameters()
outputs, (hidden, cell) = self.lstm(x)
predictions = self.fc(hidden[-1])
return predictions
# 超参数
input_size = 10 # 特征数量
hidden_size = 50 # LSTM隐藏层大小
num_layers = 2 # LSTM层数
output_size = 3 # 输出大小,对应3种资产的权重
sequence_length = 5 # 输入序列长度
batch_size = 1 # 批处理大小
# 实例化LSTM模型
lstm_model = LSTMModel(input_size, hidden_size, num_layers, output_size)
# 随机生成一些示例数据
x = torch.rand(batch_size, sequence_length, input_size)
# 定义组合的预期收益率和协方差矩阵
expected_returns = torch.tensor([0.05, 0.06, 0.07])
covariance_matrix = torch.tensor([[0.01, 0.001, 0.0],
[0.001, 0.02, 0.002],
[0, 0.002, 0.03]])
risk_free_rate = 0.02
# 定义目标函数,计算夏普比率
def objective(weights, returns, cov_matrix, risk_free):
portfolio_return = torch.dot(weights, returns)
portfolio_volatility = torch.sqrt(torch.dot(weights.T, torch.mm(cov_matrix, weights)))
sharpe_ratio = (portfolio_return - risk_free) / portfolio_volatility
return -sharpe_ratio # 我们取负值因为我们要最大化夏普比率
# 定义组合权重约束
def portfolio_constraint(weights):
return torch.all(weights >= 0), torch.all(weights <= 1), torch.all(weights.sum() - 1 < 1e-5)
# 编译约束函数
constraint_loss = compile(portfolio_constraint, backend='pytorch')
# 定义优化器
optimizer = optim.Adam(lstm_model.parameters(), lr=0.01)
# 训练循环
for epoch in range(100): # 假设我们训练100个epoch
# 前向传播
optimizer.zero_grad()
weights_pred = lstm_model(x)
objective_loss = objective(weights_pred, expected_returns, covariance_matrix, risk_free_rate)
constraint_penalty = constraint_loss(weights_pred)
total_loss = objective_loss + constraint_penalty
total_loss.backward()
optimizer.step()
if epoch % 10 == 0:
print(f"Epoch {epoch}, Sharpe Ratio: {-objective_loss.item()}, Constraint Penalty: {constraint_penalty.item()}")
# 打印最终的权重和夏普比率
print(f"Predicted Portfolio Weights: {weights_pred.detach()}")
print(f"Sharpe Ratio: {-objective_loss.detach().item()}")
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来源:量化投资与机器学习
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