打造一个投资组合管理的金融强化学习环境

原创文章第120篇，专注“个人成长与财富自由、世界运作的逻辑， AI量化投资”。

今天继续金融强化学习环境。

网上的金融学习环境不少，但都太过于“业余”，或者离像样的投资还差得太远。我一直觉得投资组合应该是必要的，不做投资组合，要控制回撤实在太难了，加上低相关多资产组合，对于投资而言，低层逻辑就是成立的。再加上一些规则也好，模型也罢，或者强化学习的加持，争取提升收益率。

所以，强化学习我也希望能够做投资组合。在finRL-meta里有投资组合分配的环境，今天结合咱们自己的AI量化平台，打造一个金融“投资组合管理”的学习环境。

from abc import ABC

import gym
import numpy as np
from gym import spaces


class FinanceEnv(gym.Env, ABC):
    def __init__(self, symbols, df_features, df_returns, initial_amount=1000000):
        super(FinanceEnv, self).__init__()
        # 正则化，和=1，长度就是组合里的证券数量
        self.action_space = spaces.Box(low=0, high=1, shape=(len(symbols),))
        self.observation_space = spaces.Box(
            low=-np.inf,
            high=np.inf,
            shape=(len(symbols), len(df_features.columns)), dtype=np.float64
        )
        #print(self.observation_space)
        self.dates = list(df_features.index)
        self.df_features = df_features
        self.df_returns = df_returns
        self.initial_amount = initial_amount
        self.portfolio_value = initial_amount
        self.index = 0

    def reset(self):
        self.index = 0
        self.portfolio_value = self.initial_amount
        df = self.df_features.loc[self.dates[0]]
        print(df.values.shape)
        return df.values

    def step(self, actions):
        done = False
        if self.index >= len(self.dates) - 1:
            done = True
            print(self.reward)
            return self.state, self.reward, done, {}

        self.index += 1

        weights = self.softmax_normalization(actions)
        df_return = np.array(self.df_returns.loc[self.dates[self.index]]['return'])
        port_return = sum(df_return * np.array(weights))
        self.portfolio_value = self.portfolio_value * (1 + port_return)

        df = self.df_features.loc[self.dates[self.index], :]

        self.state = df.values
        self.reward = self.portfolio_value * 1.0

        return self.state, self.reward, done, {}

    def softmax_normalization(self, actions):
        numerator = np.exp(actions)
        denominator = np.sum(np.exp(actions))
        softmax_output = numerator / denominator
        return softmax_output


if __name__ == '__main__':
    from stable_baselines3.common.env_checker import check_env
    from stable_baselines3 import A2C
    from engine.datafeed.dataloader import Dataloader

    symbols = ['399006.SZ', '000300.SH']
    names = []
    fields = []

    features = []
    fields += ['Slope($close,20)']
    names += ['mom_slope']
    features += ['mom_slope']

    fields += ['KF($mom_slope)']
    names += ['kf_mom_slope']
    features += ['kf_mom_slope']

    fields += ["$close/Ref($close,1) - 1"]
    names += ['return']

    loader = Dataloader(symbols, names, fields, load_from_cache=True)
    data = loader.data
    data = data[data.index > '2010-06-02']
    df_features = data[names]
    df_return = data[['return']]
    print(df_features)
    env = FinanceEnv(symbols, df_features, df_return)
    # check_env(env)
    model = A2C("MlpPolicy", env)
    model.learn(total_timesteps=100000)

1、继承自gym.Env。

2、定义动作与状态空间，都是gym.spaces 对象。

动作空间就是投资组合里的symbol数量，因为我们给出的是证券的仓位占比；而状态空间是symbol行*特征列——也就是所有证券的因子值。

3、重点实现step与reset两个函数

Step就是传入一个动作，并计算reward，返回新的state。

Reset是环境重置初始化。

4、step函数：

传入的参数actions是各标的的权重，按actions归一化为和为1的向量，计算新的投资组合收益率，计算新的组合价值。这里把组合市值作为环境的reward，当然我们还可以计算夏普比，最大回撤等。

代码和数据已经上传至星球，有任何问题请在星球群里讨论。

把backtrader改造成金融强化学习回测引擎

强化学习框架stable-baseline3以及pandas datareader

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