【毕业学位论文】金属期货价格关联规则挖掘研究

北京理工大学博士学位论文 I 摘 要 金属期货的交易对象是国家重要基础资源和企业基本生产资料，其价格 波动 对国民经济发展和 企业生产会产生巨大影响。 金属期货的价格 与 很多要素间 存在各种关联关系 ， 发现这些 隐含 在海量的数据变化中的关联关系， 深入 研究 期货市场特点，对于投资决策、风险防范和 市场 监管有重要意义 。 传统的 计量 建模方法对这一问题 做了 不少 研究 ，但 随着数据量的不断增加，这些方法无法 高 效地处理具有较大规模的数据集，也不适合用于 从大量的数据中主动地发现各种潜在的规则。 因此本文选择以 数据挖掘 中的关联规则挖掘作为 研究工具， 研究金属期货 与 不同要素间的关联规则 。 这种研究 方法更加关注海量时间序列的处理技术， 直接以数据为驱动， 可撇开一些苛刻的假设条件 ， 能在海量数据中主动发现“新”的知识和规则 。 本文 是 面向对象的 问题导向型研究工作，即以金属期货市场中的时间序列为研究对象， 目 的 是发现金属期货 价格 与 基本面 要素 、成交量持仓量和技术指标 间的关联规则。针对研究对象 特点、研究目标和研究 过程 中出现的问题 ， 本文做了以下工作： 首先， 为了发现金属期货价格与多种要 素间的短期动态关联规则 ， 本文 提出了 有时间约束的时间序列数据关联规则挖掘算法 ，包括严格时间约束和近似时间约束两种情况 。与传统的忽视数据时间信息的关联规则挖掘算法相比， 该算法可挖掘出期货价格同关联要素 发生 在不同时间 点或时间 区间 上 的关联关系， 具有一定的短期动态预测效 果 。 建立了期货关联规则挖掘数据库 进行实证分析。结果表明， 利用 以上 两种算法对金属期货与基本面 上的 多种要素间的关联规则进行挖掘，发现 的 规则 符合期货市场特点，能够进行合理解释，可描述期货价格与要素间的 短期 动态关联关系，为期货价格的短期预测提供了新方法。 其 次， 为了厘清存在做空机制的期货市 场中价格、成交量和持仓量间的复杂关联关系， 同时考虑投资者对这三者属性认识的模糊性， 本文提出了基于元规则 制导 的时间序列 模糊 关联规则挖掘算法。 在 研究过程中， 第一， 为了 解决 数据记录对模糊项的隶属度 问题 ， 提出了基于 距离权函数 的模糊属性 均值 聚类算法， 该算法 在模式分析中仅需少量人为的干预和先验北京理工大学博士学位论文 识，通过机器学习进行 大数据 集 模糊聚类， 自动给 出 记录数据对各聚类中心的隶属度， 并 且 比较有效解决 了传统的 类时异常值对聚类中心影响的问题； 第二，针对关联规则挖掘支持度计算中传统的 取小算子和连乘 算子的缺点， 提出了基于有界算子的时间序列模糊关联挖掘算法， 提高了挖掘效率； 第三， 面向 挖掘 目标 ， 提出 元规则制导 的时间序列模糊关联规则挖掘算法 。 实证结果表明，利用以上算法可以 从历史数据中 发现 期货价格同成交量、持仓量间 的短期动态关联关系 ， 减少规则冗余，厘清 三者间的复杂 动态关联 关系 ， 以规则的形式 给予 清晰 呈现并 能进行 合理 解释。 最后 ， 为了 使 投资者 能在 一定 支持度和置 信度 的 支持下 ， 运用 多 个 技术指标对 具体 期货 品种 价格短期走势进行预测 ，本文提出了数据挖掘中的征兆发现和征兆预测模型 。该 模型 可以自动高效的将投资者感兴趣的某个期 货品种 的价格 走势 与其 选定的 多个 技术指标间 的 动态 关联 规则 挖掘出来，并 能 给出 该 规则 的支持度和置信度 。 实证结果表明，该模 型以 数值区间化的 规则形式，清晰的将 具体 期货 品种的 价格变化 趋势 与 多 个 技术 指标间的 动态 关联 关系描述出来， 能 避免传统技术分析 方法 的模糊性 和一般性 。 关键词： 金属期货 ， 价格 ， 时间序列， 关联规则 挖掘 ，征兆 北京理工大学博士学位论文 he of is an of of a on of to in in of of of of a of on of of of as a to to of is by to in is at in as is to In of in of of in to a of a of at or 京理工大学博士学位论文 IV to a it a by to a of in of be a a of in to in in of in to of of in on he of is a of a in or is a to CM of of in to of in a is up to of in of of in of a in to to 京理工大学博士学位论文 V a in of a an is at a of 北京理工大学博士学位论文 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 论文研究背景 . 1 前人研究综述 . 2 基于计量模型的时间序列相关性研究方法综述 . 2 基于计量模型方法的期货市场相关性研究综述 . 4 基于数据挖掘的时间序列关联规则挖掘研究综述 . 6 金融时间序列数据挖掘研究综述 . 10 论文研究意义 . 12 论文内容、组织及主要创新 . 14 研究对象界定 . 14 研究内容及框架结构 . 15 主要创新点 . 16 第 2 章 基于时间约束的时间序列关联规则挖掘 . 18 问题的提出 . 18 序列模式关联规则挖掘 . 18 序列模式关联规则挖掘的任务和定义 . 19 序列模式关联规则挖掘算法 . 19 基于严格时间约束的多时间序列关联规则挖掘 . 21 有严格时间约束的时间序列关联规则挖掘思想 . 21 严格时间约束的时间序列关 联规则挖掘算法 . 22 基于近似时间约束的多时间序列关联规则挖掘 . 25 有近似时间约束的时间序列关联规则挖掘思想 . 25 有近似时间约束的时间序列关联规则挖掘算法 . 25 期货市场多元时间序列关联规则挖掘框架提出 . 26 数据来源和预处理 . 27 生成挖掘数据库 . 28 关联规则挖掘过程示例 . 29 北京理工大学博士学位论文 规则分析 . 30 本章小结 . 30 第 3 章 金属期货价格与基本面要素间关联规则挖掘实证 . 31 金属期货价格间的关联规则发现 . 31 期货与现货价格间的价格引导关系 . 31 国内外同品种期货间的价格联动 . 34 不同品种金属期货价格间的互动关系 . 36 金属期货价格与商品属性要素间的关联 规则发现 . 38 与库存间的关联规则挖掘 . 38 与股票价格指数间的关联规则挖掘 . 42 与重要商品期货间的关 联规则挖掘 . 44 金属期货价格与金融属性要素间的关联规则发现 . 46 金属期货的金融属性 . 46 与基金持仓量间 的关联规则挖掘 . 46 本章小结 . 49 第 4 章 金属期货价量仓间的元规则制导模糊关联规则挖掘 . 51 问题的提出 . 51 基于距离权函数模糊属性均值聚类算法的属性划分 . 52 数值属性区间的硬划分 . 52 模糊区间划分原因 . 54 基于距离权函数的模糊属性均值聚类算法 . 54 期货价格、成交量和持仓量数值属性的模糊划分 . 61 期货价格涨跌幅的属性模糊划分 . 61 成交量和持仓量日变化量的模糊划分 . 63 时间序列事务间模糊关联规则挖掘方法 . 64 模糊项目隶属度的确定 . 64 模糊集合的定义和运算 . 65 基于有界算子的模糊关联规则 . 65 时间序列模糊关联规则挖掘算法 . 67 金属期货价量仓间的元规则制导模糊关联规则挖掘实证 . 68 期货价格、成交量和持仓量间两两关系 . 68 北京理工大学博士学位论文 元规则制导挖掘 . 70 成交量、持仓量同期货价格间的关联规则 . 70 本章小结 . 72 第 5 章 金属期货技术面中的征兆发现和征兆预测模式挖掘 . 73 数据挖掘中征兆发现与征兆预测概念的提出 . 73 数据挖掘中的征兆发现 . 73 数据挖掘中的征兆预测 . 74 基于投影思想的多元时间序列的征兆发现模型 . 75 研究基础 . 75 思想的提出 . 77 实现框架 . 81 基于投影寻踪的征兆模式聚类 . 82 候选征兆模式中心点及模式半径的确定 . 85 征兆模式的鉴别与输出 . 85 时间序列的征兆预测模式挖掘模型 . 87 基本思想的提出 . 87 实现框架 . 87 征兆事件的符号化表示 . 87 征兆预测事件模式的鉴别与输出 . 88 期货交易技术面中征兆发现和征兆预测挖掘可行性的理论假设 . 89 包容假设 . 89 惯性假设 . 90 重复假设 . 90 期货交易技术面分析中的征兆发现实证 . 91 确定征兆序列集合和时间区间 . 91 兴趣事件的确定 . 94 输出结果分析 . 95 期货交易技术面分析中的征兆预测实证 . 97 本章小结 . 98 工作总结与展望 . 99 1 论文主要工作及创新 . 99 北京理工大学博士学位论文 进一步工作设想 . 100 参考文献 . 101 附 录 A . 110 附 录 B . 114 附 录 C . 118 附 录 D . 120 附 录 E . 121 攻读博士期间发表论文与参与科研项目情况 . 127 致 谢 . 128 作者简介 . 错误！未定义书签。 北京理工大学博士学位论文 1 第 1 章 绪论 论文研究背景 金属期货特别是基本金属期货的交易对象是国家重要基础资源和企业基本生产资料 ，其价格变化对宏观 国民经济 发展和微观企业生产 都会产生巨大影响。 大量事实和 研究成果都表明 了 在金属期货市场 充满高收益和高风 险的金融市场中，金属期货的价格 波动同很多要素间 存在 着 各种关联关系。 首先， 有色金属作为一般商品， 不但其商品属性要素（商品供给量、需求量等要素）在影响着期货价格，而 且作为一种金融衍生品其金融属性要素（宏观经济走势、汇率、利率、 政策、投资机构炒作等要素）与期货价格之间的联系也越来越紧密。 随着交易规模的不断扩大，金属期货 价格已不完全受制于品种自身基本供求关系的影响，而是体现出一些 了更多金融属性 特点：与汇率、利率等金融指标关联程度越来越高，与中央银行货币政策的关系越来越密切， 基金、 投资银行和商业银行开始积极介入商品 期货市场。 其次，随着世界经济的一体化以及我国贸易政策的不断开放，国内期货市场、现货市场、国际期货期货市场的金属期货价格之间的联系越来越密切。 指出如果分割市场出现一体化的整合，市场间资金融通的限制不大，那么市场主体往往会根据一个市场的价格变化去推测其他市场的价格变化而不管其基本面是否发生了变化，这就使得一个市场价格的巨大变动常常导致另一个市场发生相同的变动而不管其基本面是否发生了改变。 最后， 尽管各期货品种基本面不同，供求关系的紧张与宽松度也不同， 但 在 某些金属期货品种之间，由 于存在着一定的替代性和互补性， 受 共同的经济周期、通过膨胀 影响 ，此外 市场还会受共同的心理因素作用，因此 不同期货品种 之间 具有 了 某种共同特性，并表现出 了 共涨共跌特点 ，比如铜和铝。 很多投资者 在 利用 这一特性进行跨商品 间 期货套利。 研究 这些 隐含 在 大量 数据变化中的关联关系， 分析市场特点，对于 宏观 国民 经济发展 、 企业规避价格波动 风险、投资者进行投资决策和政府进行市场监管 有重要意义，因此 一直以来吸引了众多理论研究者 和投资者 浓重的研究兴趣 ，也做了大量的研究工作 。 北京理工大学博士学位论文 2 前人 研究综述 金融市场中的序列间相关性是普遍存在的，考察 这些序列间的相互关联关系对于分析市场特点和投资决策有重要的意义，因此国内外学者针对金融市场数据特点对市场中的时间序列 关联