用Python淺析股票資料
本文將使用Python來視覺化股票資料，比如繪製K線圖，並且探究各項指標的含義和關係，最後使用移動平均線方法初探投資策略。
資料匯入
這裡將股票資料儲存在 stockData.txt 文字檔案中，我們使用 pandas.read_table() 函式將檔案資料讀入成DataFrame格式。
其中引數 usecols=range(15) 限制只讀取前15列資料， parse_dates=[0] 表示將第一列資料解析成時間格式， index_col=0 則將第一列資料指定為索引。
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
%config InlineBackend.figure_format = 'retina'
%pylab inline
pylab.rcParams['figure.figsize'] = (10, 6) #設定繪圖尺寸
#讀取資料
stock = pd.read_table('stockData.txt', usecols=range(15), parse_dates=[0], index_col=0)
stock = stock[::-1] #逆序排列
stock.head()
以上顯示了前5行資料，要得到資料的更多資訊，可以使用 .info() 方法。它告訴我們該資料一共有20行，索引是時間格式，日期從2015年1月5日到2015年1月30日。總共有14列，並列出了每一列的名稱和資料格式，並且沒有缺失值。
stock.info()
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
DatetimeIndex: 20 entries, 2015-01-05 to 2015-01-30
Data columns (total 14 columns):
open 20 non-null float64
high 20 non-null float64
close 20 non-null float64
low 20 non-null float64
volume 20 non-null float64
price_change 20 non-null float64
p_change 20 non-null float64
ma5 20 non-null float64
ma10 20 non-null float64
ma20 20 non-null float64
v_ma5 20 non-null float64
v_ma10 20 non-null float64
v_ma20 20 non-null float64
turnover 20 non-null float64
dtypes: float64(14)
memory usage: 2.3 KB
在觀察每一列的名稱時，我們發現'open'的列名前面似乎與其它列名不太一樣，為了更清楚地檢視，使用 .columns 得到該資料所有的列名如下：
stock.columns
Index([' open', 'high', 'close', 'low', 'volume', 'price_change',
'p_change', 'ma5', 'ma10', 'ma20', 'v_ma5', 'v_ma10', 'v_ma20',
'turnover'], dtype='object')
於是發現'open'列名前存在多餘的空格，我們使用如下方法修正列名。
stock.rename(columns={' open':'open'}, inplace=True)
至此，我們完成了股票資料的匯入和清洗工作，接下來將使用視覺化的方法來觀察這些資料。
資料觀察
首先，我們觀察資料的列名，其含義對應如下：
這些指標總體可分為兩類：
● 價格相關指標
● 當日價格：開盤、收盤價，最高、最低價
● 價格變化：價格變動和漲跌幅
● 均價：5、10、20日均價
● 成交量相關指標
● 成交量
● 換手率：成交量/發行總股數×100%
● 成交量均量：5、10、20日均量
由於這些指標都是隨時間變化的，所以讓我們先來觀察它們的時間序列圖。
時間序列圖
以時間為橫座標，每日的收盤價為縱座標，做折線圖，可以觀察股價隨時間的波動情況。這裡直接使用DataFrame資料格式自帶的做圖工具，其優點是能夠快速做圖，並自動優化圖形輸出形式。
stock['close'].plot(grid=True)
如果我們將每日的開盤、收盤價和最高、最低價以折線的形式繪製在一起，難免顯得凌亂，也不便於分析。那麼有什麼好的方法能夠在一張圖中顯示出這四個指標？答案下面揭曉。
K線圖
相傳K線圖起源於日本德川幕府時代，當時的商人用此圖來記錄米市的行情和價格波動，後來K線圖被引入到股票市場。每天的四項指標資料用如下蠟燭形狀的圖形來記錄，不同的顏色代表漲跌情況。
圖片來源：http://wiki.mbalib.com/wiki/K線理論
Matplotlib.finance模組提供了繪製K線圖的函式 candlestick_ohlc() ，但如果要繪製比較美觀的K線圖還是要下點功夫的。下面定義了 pandas_candlestick_ohlc() 函式來繪製適用於本文資料的K線圖，其中大部分程式碼都是在設定座標軸的格式。
from matplotlib.finance import candlestick_ohlc
from matplotlib.dates import DateFormatter, WeekdayLocator,DayLocator, MONDAY
def pandas_candlestick_ohlc(stock_data,otherseries=None):
# 設定繪圖引數，主要是座標軸
mondays = WeekdayLocator(MONDAY)
alldays = DayLocator()
dayFormatter = DateFormatter('%d')
fig, ax = plt.subplots()
fig.subplots_adjust(bottom=0.2)
if stock_data.index[-1] - stock_data.index[0] < pd.Timedelta('730 days'):
weekFormatter = DateFormatter('%b %d')
ax.xaxis.set_major_locator(mondays)
ax.xaxis.set_minor_locator(alldays)
else:
weekFormatter = DateFormatter('%b %d, %Y')
ax.xaxis.set_major_formatter(weekFormatter)
ax.grid(True)
# 建立K線圖
stock_array = np.array(stock_data.reset_index()[['date','open','high','low','close']])
stock_array[:,0] = date2num(stock_array[:,0])
candlestick_ohlc(ax, stock_array, colorup = "red", colordown="green", width=0.4)
# 可同時繪製其他折線圖
if otherseries is not None:
for each in otherseries:
plt.plot(stock_data[each], label=each)
plt.legend()
ax.xaxis_date()
ax.autoscale_view()
plt.setp(plt.gca().get_xticklabels(), rotation=45, horizontalalignment='right')
plt.show()
pandas_candlestick_ohlc(stock)
這裡紅色代表上漲，綠色代表下跌。
相對變化量
股票中關注的不是價格的絕對值，而是相對變化量。有多種方式可以衡量股價的相對值，最簡單的方法就是將股價除以初始時的價格。
stock['return'] = stock['close'] / stock.close.iloc[0]
stock['return'].plot(grid=True)
第二種方法是計算每天的漲跌幅，但計算方式有兩種：
這兩者可能導致不同的分析結果，樣例資料中的漲跌幅使用的是第一個公式，並乘上了100%。
stock['p_change'].plot(grid=True).axhline(y=0, color='black', lw=2)
為了解決第二種方法中的兩難選擇，我們引入第三種方法，就是計算價格的對數之差，公式如下：
close_price = stock['close']
log_change = np.log(close_price) - np.log(close_price.shift(1))
log_change.plot(grid=True).axhline(y=0, color='black', lw=2)
相關關係
在觀察了價格的走勢之後，我們來看看各指標之間的關係。下面挑選了部分代表性的指標，並使用 pandas.scatter_matrix() 函式，將各項指標資料兩兩關聯做散點圖，對角線是每個指標資料的直方圖。
small = stock[['close', 'price_change', 'ma20','volume', 'v_ma20', 'turnover']]
_ = pd.scatter_matrix(small)
圖中可以明顯發現成交量（volume）和換手率（turnover）有非常明顯的線性關係，其實換手率的定義就是：成交量除以發行總股數，再乘以100%。所以下面的分析中我們將換手率指標去除，這裡使用了相關性關係來實現資料降維。
上面的散點圖看著有些眼花繚亂，我們可以使用 numpy.corrcof() 來直接計算各指標資料間的相關係數。
small = stock[['close', 'price_change', 'ma20','volume', 'v_ma20']]
cov = np.corrcoef(small.T)
cov
array([[ 1. , 0.30308764, 0.10785519, 0.91078009, -0.37602193],
[ 0.30308764, 1. , -0.45849273, 0.3721832 , -0.25950305],
[ 0.10785519, -0.45849273, 1. , -0.06002202, 0.51793654],
[ 0.91078009, 0.3721832 , -0.06002202, 1. , -0.37617624],
[-0.37602193, -0.25950305, 0.51793654, -0.37617624, 1. ]])
如果覺得看數字還是不夠方便，我們繼續將上述相關性矩陣轉換成圖形，如下圖所示，其中用顏色來代表相關係數。我們發現位於（0，3）位置的相關係數非常大，檢視數值達到0.91。這兩個強烈正相關的指標是收盤價和成交量。
img = plt.matshow(cov,cmap=plt.cm.winter)
plt.colorbar(img, ticks=[-1,0,1])
plt.show()
以上我們用矩陣圖表的方式在多個指標中迅速找到了強相關的指標。接著做出收盤價和成交量的折線圖，因為它們的數值差異很大，所以我們採用兩套縱座標體系來做圖。
stock[['close','volume']].plot(secondary_y='volume', grid=True)
觀察這兩個指標的走勢，在大部分時候股價上漲，成交量也上漲，反之亦然。但個別情況下則不成立，可能是成交量受到前期的慣性影響，或者還有其他因素。
移動平均線
吳軍老師曾講述他的投資經驗，大意是說好的投資方式不是做預測，而是能在合適的時機做出合適的應對和決策。同樣股市也沒法預測，我們能做的是選擇恰當的策略應對不同的情況。
好的指標是能驅動決策的。在上面的分析中我們一直沒有使用的一類指標是5、10、20日均價，它們又稱為移動平均值，下面我們就使用這項指標來演示一個簡單的股票交易策略。（ 警告：這裡僅僅是演示說明，並非投資建議。 ）
為了得到更多的資料來演示，我們使用 pandas_datareader 直接從雅虎中下載最近一段時間的谷歌股票資料。
import datetime
import pandas_datareader.data as web
# 設定股票資料的時間跨度
start = datetime.datetime(2016,10,1)
end = datetime.date.today()
# 從yahoo中獲取google的股價資料。
goog = web.DataReader("GOOG", "yahoo", start, end)
#修改索引和列的名稱，以適應本文的分析
goog.index.rename('date', inplace=True)
goog.rename(columns={'Open':'open', 'High':'high', 'Low':'low', 'Close':'close'}, inplace=True)
goog.head()
資料中只有每天的價格和成交量，所以我們需要自己算出5日均價和10日均價，並將均價的折線圖（也稱移動平均線）與K線圖畫在一起。
goog["ma5"] = np.round(goog["close"].rolling(window = 5, center = False).mean(), 2)
goog["ma20"] = np.round(goog["close"].rolling(window = 20, center = False).mean(), 2)
goog = goog['2017-01-01':]
pandas_candlestick_ohlc(goog, ['ma5','ma20'])
觀察上圖，我們發現5日均線與K線圖較為接近，而20日均線則更平坦，可見移動平均線具有抹平短期波動的作用，更能反映長期的走勢。比較5日均線和20日均線，特別是關注它們的交叉點，這些是交易的時機。移動平均線策略，最簡單的方式就是：當5日均線從下方超越20日均線時，買入股票，當5日均線從上方越到20日均線之下時，賣出股票。
為了找出交易的時機，我們計算5日均價和20日均價的差值，並取其正負號，作於下圖。當圖中水平線出現跳躍的時候就是交易時機。
goog['ma5-20'] = goog['ma5'] - goog['ma20']
goog['diff'] = np.sign(goog['ma5-20'])
goog['diff'].plot(ylim=(-2,2)).axhline(y=0, color='black', lw=2)
為了更方便觀察，上述計算得到的均價差值，再取其相鄰日期的差值，得到訊號指標。當訊號為1時，表示買入股票；當訊號為-1時，表示賣出股票；當訊號為0時，不進行任何操作。
goog['signal'] = np.sign(goog['diff'] - goog['diff'].shift(1))
goog['signal'].plot(ylim=(-2,2))
從上圖中看出，從今年初到現在，一共有兩輪買進和賣出的時機。到目前為止，似乎一切順利，那麼讓我們看下這兩輪交易的收益怎麼樣吧。
trade = pd.concat([ pd.DataFrame({"price": goog.loc[goog["signal"] == 1, "close"], "operation": "Buy"}), pd.DataFrame({"price": goog.loc[goog["signal"] == -1, "close"], "operation": "Sell"}) ])
trade.sort_index(inplace=True)
trade
上述表格列出了交易日期、操作和當天的價格。但很遺憾地發現，這兩輪交易的賣出價都小於買入價，實際上按上述方法交易我們虧本了！！！
你是否很憤怒呢？原來分析到現在，都是假的呀！我之前就警告過，這裡的分析只是演示移動平均線策略的思想，而並非真正的投資建議。股票市場是何其的複雜多變，又如何是一個小小的策略所能戰勝的呢？
那麼這個策略就一無是處嗎？非也！如果考慮更長的時間跨度，比如5年、10年，並考慮更長的均線，比如將20日均線和50日均線比較；雖然過程中也有虧損的時候，但贏的概率更大。也就是說，在更長的時間尺度上該策略也是可行的。但即使你賺了，又能跑贏大盤嗎？這時候還需用到其他方法，比如合理配置投資比例等。
還是那句話，股市有風險，投資需謹慎。本文不是分析股票的文章，而是借用股票資料來說明資料分析的基本方法，以及演示什麼樣的指標是好的指標。
原文釋出時間為：2018-11-18
本文作者：魚心DrFish
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