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"""
Author: dkl
Description:
回测模块,包含:
* 净值曲线计算:net_value
* 历史最大净值计算:previous_peak
* 回撤序列计算:drawdown
* 计算最大回撤:max_drawdown
* 年化收益率计算:annualized_return
* 年化波动率计算:annualized_volatility
* 年化夏普比率计算:annualized_sharpe
* 计算年化超额收益率: er_annual_return
* 计算超额收益的年化波动率: er_annual_volatility
* 计算信息比率: information_ratio
* 计算超额收益的最大回撤: er_max_drawdown
* 计算策略相对于基准的胜率: winrate
* 输出回测指标: get_backtest_result
Date: 2023-07-07 08:57:59
"""
import numpy as np
# 根据数据频率映射到相应的年化因子
mapping_dct = {"DAILY": 252, "WEEKLY": 52, "MONTHLY": 12}
def _convert_returns_type(returns):
try:
returns = np.asarray(returns)
except Exception:
raise ValueError("returns is not array_like.")
return returns
def _check_period(period):
period_lst = list(mapping_dct.keys())
if period not in period_lst:
period_str = ",".join(period_lst)
raise ValueError(f"period must be in {period_str}")
return
def net_value(returns):
"""
Description
----------
计算净值曲线
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
Return
----------
numpy.ndarray. 净值曲线
"""
returns = _convert_returns_type(returns)
return np.cumprod(1 + returns)
def previous_peak(returns):
"""
Description
----------
计算历史最大净值
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
Return
----------
numpy.ndarray. 历史最大净值
"""
returns = _convert_returns_type(returns)
nv = net_value(returns)
return np.maximum.accumulate(nv)
def drawdown(returns):
"""
Description
----------
计算回撤序列,回撤=净值现值/历史最大净值-1
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
Return
----------
numpy.ndarray. 回撤序列, 单位为%
"""
returns = _convert_returns_type(returns)
nv = net_value(returns)
previous_peaks = previous_peak(returns)
dd = (nv / previous_peaks - 1) * 100
return dd
def max_drawdown(returns):
"""
Description
----------
计算最大回撤
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
Return
----------
float. 最大回撤. 单位为%
"""
returns = _convert_returns_type(returns)
dd = drawdown(returns)
# 注意上述drawdown单位已为%
mdd = np.min(dd)
return mdd
def annualized_return(returns, period="DAILY"):
"""
Description
----------
计算年化收益率, 即净值**(1/(T/ann_factor))-1
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
period: str. 计算周期, 必须为DAILY, WEEKLY, MONTHLY中的一种。默认'DAILY'
Return
----------
float. 年化收益率.单位为%
"""
_check_period(period)
returns = _convert_returns_type(returns)
ann_factor = mapping_dct[period]
# 交易日数量
n = returns.shape[0]
# 计算最后的净值
nv = net_value(returns)
final_value = nv[-1]
# 年化收益率
ann_ret = 100 * (final_value ** (ann_factor / n) - 1)
return ann_ret
def annualized_volatility(returns, period="DAILY"):
"""
Description
----------
计算年化波动率,即标准差*sqrt(ann_factor)
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
period: str. 计算周期, 必须为DAILY, WEEKLY, MONTHLY中的一种。默认'DAILY'
Return
----------
float. 年化波动率.单位为%
"""
_check_period(period)
returns = _convert_returns_type(returns)
ann_factor = mapping_dct[period]
ann_vol = 100 * np.std(returns) * np.sqrt(ann_factor)
return ann_vol
def annualized_sharpe(returns, rf=0, period="DAILY"):
"""
Description
----------
计算年化夏普比率.年化夏普=(年化收益率-无风险收益率)/年化波动率
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
rf: float. 无风险收益率, 默认为0
period: str. 计算周期, 必须为DAILY, WEEKLY, MONTHLY中的一种。默认'DAILY'
Return
----------
float. 年化夏普比率.
"""
_check_period(period)
returns = _convert_returns_type(returns)
ann_ret = annualized_return(returns, period)
ann_vol = annualized_volatility(returns, period)
if ann_vol < 1e-10:
return 0
return (ann_ret / 100 - rf) / (ann_vol / 100)
# 和基准比较模块
def _compare_length(returns, benchmark_returns):
if len(returns) != len(benchmark_returns):
message = "Length of returns must be equal to length of benchmark_returns."
raise ValueError(message)
def er_annual_return(returns, benchmark_returns, period="DAILY"):
"""
Description
----------
计算年化超额收益率, 即(1+年化策略收益率)/(1+年化基准收益率)-1
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
period: str. 计算周期, 必须为DAILY, WEEKLY, MONTHLY中的一种。默认'DAILY'
Return
----------
float. 年化超额收益率.单位为%
"""
_check_period(period)
returns = _convert_returns_type(returns)
benchmark_returns = _convert_returns_type(benchmark_returns)
_compare_length(returns, benchmark_returns)
str_ann_ret = annualized_return(returns, period) / 100
benchmark_ann_ret = annualized_return(benchmark_returns, period) / 100
er_ann_ret = 100 * ((1 + str_ann_ret) / (1 + benchmark_ann_ret) - 1)
return er_ann_ret
def er_annual_volatility(returns, benchmark_returns, period="DAILY"):
"""
Description
----------
计算超额收益的年化波动率
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
benchmark_returns: array_like. 基准收益率序列
period: str. 计算周期, 必须为DAILY, WEEKLY, MONTHLY中的一种。默认'DAILY'
Return
----------
float. 超额收益的年化波动率.单位为%
"""
_check_period(period)
returns = _convert_returns_type(returns)
benchmark_returns = _convert_returns_type(benchmark_returns)
_compare_length(returns, benchmark_returns)
er_ret = returns - benchmark_returns
er_ann_vol = annualized_volatility(er_ret, period)
return er_ann_vol
def information_ratio(returns, benchmark_returns, period="DAILY"):
"""
Description
----------
计算信息比率, 即超额年化收益率/超额年化夏普比率
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
benchmark_returns: array_like. 基准收益率序列
period: str. 计算周期, 必须为DAILY, WEEKLY, MONTHLY中的一种。默认'DAILY'
Return
----------
float. 信息比率
"""
_check_period(period)
returns = _convert_returns_type(returns)
benchmark_returns = _convert_returns_type(benchmark_returns)
_compare_length(returns, benchmark_returns)
er_ann_ret = er_annual_return(returns, benchmark_returns, period=period)
er_ann_vol = er_annual_volatility(returns, benchmark_returns, period=period)
if er_ann_vol < 1e-10:
return 0
return er_ann_ret / er_ann_vol
def er_max_drawdown(returns, benchmark_returns):
"""
Description
----------
计算超额收益的最大回撤
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
benchmark_returns: array_like. 基准收益率序列
Return
----------
float. 超额收益的最大回撤.单位为%
"""
returns = _convert_returns_type(returns)
benchmark_returns = _convert_returns_type(benchmark_returns)
_compare_length(returns, benchmark_returns)
# 计算策略和基准的净值,再计算超额收益的净值
str_nv = np.cumprod(1 + returns)
benchmark_nv = np.cumprod(1 + benchmark_returns)
er_nv = str_nv / benchmark_nv
# 历史最大净值
er_prev_peaks = np.maximum.accumulate(er_nv)
# 回撤
er_dd = 100 * (er_nv / er_prev_peaks - 1)
# 注意上述drawdown单位已为%
er_mdd = np.min(er_dd)
return er_mdd
def winrate(returns, benchmark_returns):
"""
Description
----------
计算策略相对于基准的胜率
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
benchmark_returns: array_like. 基准收益率序列
Return
----------
float. 策略相对于基准的胜率.单位为%
"""
returns = _convert_returns_type(returns)
benchmark_returns = _convert_returns_type(benchmark_returns)
_compare_length(returns, benchmark_returns)
er_ret = returns - benchmark_returns
rate = 100 * np.sum(np.where(er_ret > 0, 1, 0)) / len(er_ret)
return rate
# 总结输出模块
def get_backtest_result(returns, rf=0, benchmark_returns=None, period="DAILY"):
"""
Description
----------
输出回测指标. 包含年化收益率、年化波动率、夏普比率、最大回撤等
Parameters
----------
returns: array_like. 收益率序列
rf: float. 无风险收益率, 单位为绝对值, 默认为0
benchmark_returns: array_like. 基准收益率序列, 默认为None,即不计算相关指标
period: str. 计算周期, 必须为DAILY, WEEKLY, MONTHLY中的一种。默认'DAILY'
Return
----------
Dict. 输出格式为{
'年化收益率(%)': [ann_ret],
'年化波动率(%)': [ann_vol],
'夏普比率': [ann_sp],
'最大回撤(%)': [mdd],
}
若benchmark不为None,则会额外输出:超额年化收益率(%),
超额年化波动率(%). 信息比率, 相对基准胜率(%), 超额收益最大回撤(%)
"""
ann_ret = annualized_return(returns, period)
ann_vol = annualized_volatility(returns, period)
ann_sr = annualized_sharpe(returns, rf, period)
mdd = max_drawdown(returns)
dct = {
"年化收益率(%)": [ann_ret],
"年化波动率(%)": [ann_vol],
"夏普比率": [ann_sr],
"最大回撤(%)": [mdd],
}
er_dct = dict()
if benchmark_returns is not None:
er_ann_ret = er_annual_return(returns, benchmark_returns, period=period)
er_ann_vol = er_annual_volatility(returns, benchmark_returns, period=period)
str_ir = information_ratio(returns, benchmark_returns, period)
str_winrate = winrate(returns, benchmark_returns)
er_mdd = er_max_drawdown(returns, benchmark_returns)
er_dct = {
"超额年化收益率(%)": [er_ann_ret],
"超额年化波动率(%)": [er_ann_vol],
"信息比率": [str_ir],
"相对基准胜率(%)": [str_winrate],
"超额收益最大回撤(%)": [er_mdd],
}
dct.update(er_dct)
return dct