dataloader重构与keras入门体验

原创文章第117篇，专注“个人成长与财富自由、世界运作的逻辑， AI量化投资”。

北京疫情昨天突破4000，社会面800+。看来三天的预期过于乐观了，不知道如何发展。如同资本市场的短期走势，没有人可以预测。但往前看三年，相信一切现在看来天大的事，都不再是问题。

继续优化我们的AI量化平台。

01 dataloader加缓存

dataloader做数据特征工程与数据自动标注。因子一多，计算量较大，每次启动都计算一次，影响效率，我们可以借助hdf5存储dataframe的能力，把计算好的因子与标注结果存储起来，下一次直接从缓存里加载。

数据加载器从数据库、csv文件或者hdf5存储格式中读取数据，通常是一个个symbol对应的时间序列数据，以pandas的dataframe的格式加载入内存。而后使用表达式管理器对特征进行计算，并保存到对应的dataframe里。

# encoding:utf8
import pandas as pd
from loguru import logger

from engine.datafeed.expr.expr_mgr import ExprMgr
from engine.datafeed.datafeed_hdf5 import Hdf5DataFeed
from engine.config import DATA_DIR_HDF5_CACHE


class Dataloader:
    def __init__(self, symbols, names, fields, load_from_cache=False):
        self.expr = ExprMgr()
        self.feed = Hdf5DataFeed()
        self.symbols = symbols
        self.names = names
        self.fields = fields

        with pd.HDFStore(DATA_DIR_HDF5_CACHE.resolve()) as store:
            key = 'features'
            if load_from_cache and '/' + key in store.keys():  # 注意判断keys需要前面加“/”

                logger.info('从缓存中加载...')
                self.data = store[key]
            else:
                self.data = self.load_one_df()
                store[key] = self.data

    def load_one_df(self):
        dfs = self.load_dfs()
        all = pd.concat(dfs)
        all.sort_index(ascending=True, inplace=True)
        all.dropna(inplace=True)
        self.data = all
        return all

    def load_dfs(self):
        dfs = []
        for code in self.symbols:
            # 直接在内存里加上字段，方便复用
            df = self.feed.get_df(code)
            for name, field in zip(self.names, self.fields):
                exp = self.expr.get_expression(field)
                # 这里可能返回多个序列
                se = exp.load(code)
                if type(se) is pd.Series:
                    df[name] = se
                if type(se) is tuple:
                    for i in range(len(se)):
                        df[name + '_' + se[i].name] = se[i]
            df['code'] = code
            dfs.append(df)

        return dfs

dataloader接受4个参数：symbols, names, fields和load_from_cache。

symbols:需要加载的证券列表。

names: 特征名称。

fields: 因子表达式列表。

load_from_cache:是否从缓存中加载。

Load_dfs，按symbol进行遍历。每一个symbol原始dataframe读入内存后，对names和fields需要计算的特征列，计算因子值，并保存到datafram里。

Load_one_df把load_dfs返回的多个dataframes合并成一个dataframe返回，并保存到缓存中备用。

02 随机森林升级为boosting GBDT

from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor,AdaBoostRegressor,HistGradientBoostingRegressor

e.add_model(SklearnModel(AdaBoostRegressor()), split_date='2020-01-01', feature_names=feature_names)

GBDT的几大算法都有类似的sklearn的接口。

03 Keras深度学习框架

深度学习是当下最前沿的人工智能技术之一。但深度学习比起传统机器学习，比如sklearn框架，学习门槛要高得多。深度学习需要使用者自己搭建网络结构，设定学习率，选择优化目标函数等。功能灵活且强大，学习曲线也高。

最热门的两个深度学习框架当属factbook的pytorch和google的tensorflow。纯粹比较两个框架而言，pytorch的学习曲线要比tensorflow低得多，但仍然要求初学者有矩阵运算，微积分等的数学知识。

Keras的出现，大幅降低的tensorflow的使用门槛。

Keras 是一个用 Python 编写的高级神经网络 API，它能够以 TensorFlow, CNTK, 或者 Theano 作为后端运行。Keras 的开发重点是支持快速的实验。能够以最小的成本把你的想法转换为实验结果，是做好研究的关键。

官方给出的使用场景：

·允许简单而快速的原型设计（由于用户友好，高度模块化，可扩展性）。

·同时支持卷积神经网络和循环神经网络，以及两者的组合。

·在 CPU 和 GPU 上无缝运行。

Keras最大的优点就是简单而快速的原型设计，这一点对于初学者非常重要。我们的目标是量化投资，把深度学习应用于量化，而不是研究深度学习细节本身，所以，能够最小代价满足我们的诉求是关键。后续选择深度强化学习的框架也同样遵从这样的原则。

keras内置数据集：

数据转换：把N个28*28的数据，转为N*784的二维数据：

标签转为one hot的格式：

真正建模的代码很短：

10个epochs，准确率为92%。

近期文章：

ETF轮动+RSRS择时，加上卡曼滤波：年化48.41%，夏普比1.89