一、Sharpe Ratio:夏普比率
Sharpe Ratio 用来衡量一个策略每承担一单位波动风险,可以获得多少超额收益。
设策略收益率为,无风险收益率为,策略收益率标准差为。
Sharpe Ratio 定义为:
因此可以粗略理解为:
假设我们拥有 个日收益率:
平均日收益为:
样本标准差为:
如果一年按照 252 个交易日计算,则常见的年化 Sharpe 为:
例如,一个策略的平均日收益率为,日收益标准差为,并暂时忽略无风险收益:
那么:
因此,这个策略的年化 Sharpe 大约为
Sharpe 越高,通常意味着策略单位波动所对应的收益越高
但 Sharpe 也存在明显局限
首先,它把上涨造成的波动和下跌造成的波动都计入风险
其次,一个策略可能绝大多数时间非常稳定,却偶尔发生一次巨大亏损。这种策略仍然可能拥有较高的 Sharpe
因此,Sharpe 不能取代最大回撤、VaR 和其他尾部风险指标
二、Covariance:协方差
协方差用于描述两个随机变量是否倾向于共同变化。
假设两个资产的收益率分别为 和。
总体协方差定义为:
在实际数据中,通常使用样本协方差:
协方差之所以能够描述两个变量的共同变化,是因为公式中的核心部分是:
如果 和 同时高于自己的平均值,那么两个括号都为正,它们的乘积为正
如果 和 同时低于自己的平均值,那么两个括号都为负,它们的乘积仍然为正
因此,如果两个变量经常同方向偏离自己的均值,就会得到正协方差
反之,如果一个变量高于均值时,另一个变量经常低于均值,乘积就会为负
因此:
例如,如果 BTC 和 ETH 的日收益经常同时上涨、同时下跌,那么它们收益率之间的协方差通常为正
但是协方差存在一个问题:它受到变量自身尺度的影响
所以为了方便不同资产之间进行比较,我们通常进一步计算相关系数
三、Correlation:相关系数
设 和 的标准差分别为 和,则:
其中:
标准化之后,相关系数一定满足:
不同数值可以这样理解:
例如:
意味着在当前样本和时间窗口下,BTC 与 ETH 的收益率存在比较强的正线性相关关系
需要特别注意的是:
相关系数为 0 只能说明两者不存在明显的线性关系,并不能说明不存在非线性关系
例如:
明显完全由 决定,但如果 的分布关于 0 对称,在某些情况下仍然可能有:
因此,Correlation 主要衡量的是线性关系
四、SC:Self-Correlation
在 WorldQuant BRAIN 等 Alpha 研究环境中,经常会看到 Self-Correlation,也就是 SC
SC 主要回答一个问题:
一个新 Alpha 和已有 Alpha 到底有多相似?
(PnL序列即策略在一段时间相同周期内赚钱排成的一串数据)
假设 Alpha A 的 PnL 序列为:
Alpha B 的 PnL 序列为:
从数学直觉上,可以把 SC 理解成与下面这种关系类似:
如果:
那么说明两个策略的收益行为非常相似。
例如,一个 Alpha 使用:
另一个 Alpha 使用:
虽然公式参数发生了变化,但两个策略的信息来源、时间尺度和经济逻辑几乎完全相同,因此它们产生的持仓和 PnL 可能高度相似
这意味着它们的 SC 仍然可能很高
因此,降低 SC 的核心通常不是简单把参数从 20 改成 21,而是真正改变 Alpha 的信息来源和经济逻辑
通常可以从以下几个方向改变:
数据来源 Data Source
经济逻辑 Economic Logic
预测时间尺度 Time Horizon
信号结构 Signal Structure
例如,一个基于价格短期反转的 Alpha,与另一个基于盈利质量的 Alpha,在逻辑上就比两个不同参数的短期反转 Alpha 更容易形成低相关性。
需要注意的是,不同平台对于 Self-Correlation 的具体实现可能不同,因此不能简单认为:
这个公式主要用于理解 SC 的经济意义
五、FA:Factor Analysis
FA 可以理解为 Factor Analysis,即因子分析。
因子分析主要回答:
一个策略到底为什么赚钱?
假设策略收益率为,我们认为它可能受到多个市场因子的影响
可以建立一个多因子模型:
其中表示不同的市场因子
常见因子包括:
那么策略收益可以进一步写成:
其中,每一个 都表示策略对对应因子的暴露程度。
例如:
说明这个策略具有明显的 Momentum 暴露。
如果:
那么这个策略可能主要在获取 Value 因子的收益。
最值得关注的是。
如果把 Market、Size、Value、Momentum 等已知因子全部控制以后:
那么这个策略虽然可能赚钱,但它的收益基本能够被已有因子解释。
也就是说,它可能只是已有因子的另一种表达方式。
所以 Factor Analysis 的核心作用之一,就是区分“真正的新 Alpha”和“已有因子的重新包装”。
六、VaR:Value at Risk
VaR,也就是 Value at Risk,用于衡量策略的尾部风险。
它回答的问题是:
在给定置信水平下,损失达到什么程度才进入最差的尾部区域?
设损失随机变量为,置信水平为。
VaR 可以定义为:
例如:
可以理解为:根据当前模型和历史数据,大约 95% 的情况下损失不会超过 5%,剩余约 5% 的情况下损失会超过 5%。
如果假设收益率服从正态分布:
并且定义损失为:
那么:
其中 是标准正态分布对应置信水平的分位数。
例如:
假设策略平均收益为 0,日波动率为 2%:
那么:
也就是说:
但 VaR 存在一个很重要的问题。
假设 VaR 为 5%,它只告诉我们最差 5% 的情况中,损失会超过 5%。
但是它没有告诉我们到底是亏 6%、20%,还是 50%。
因此,在研究真正的尾部风险时,还经常使用 CVaR,也叫 Expected Shortfall。
其直观定义为:
VaR 关注“尾部从哪里开始”,而 Expected Shortfall 关注“进入尾部以后平均会亏多少”。
七、β
Beta 用来衡量一个策略对于市场系统性风险的暴露程度。
经典 CAPM 模型可以写成:
其中,$R_p$ 为策略收益率,$R_m$ 为市场收益率,$R_f$ 为无风险收益率,$\beta$ 表示策略对市场收益变化的敏感程度。
Beta 可以通过协方差计算:
如果:
说明策略对市场的线性敏感程度大致与市场本身相同。
如果:
那么可以粗略理解为,当市场超额收益变化 1% 时,由市场暴露解释的策略收益部分平均变化约 1.5%。
如果:
说明策略几乎没有线性的市场方向暴露。
如果:
则说明策略倾向于和市场反向变化。
因此 Beta 可以简单理解为:
八、α
Alpha 与 Beta 是量化投资中最核心的一组概念。
仍然从 CAPM 模型出发:
取期望后:
于是可以得到:
Alpha 表示扣除市场风险暴露能够解释的收益以后,剩余的超额收益。
例如,假设策略超额收益为 15%,市场超额收益为 10%,策略的:
那么:
也就是说,这个策略获得了 15% 的超额收益,其中大约 10% 可以通过市场暴露解释,剩余 5% 无法通过 CAPM 中的市场因子解释。
但是现实中的量化研究不会只控制 Market。
如果加入 Value、Size、Momentum、Quality 等因子:
那么这里的 就表示在控制这些已知因子以后,仍然无法解释的那部分收益。
因此,量化意义上的 Alpha 可以理解为:
IR,也就是 Information Ratio,用来衡量策略相对于某个 Benchmark 的风险调整超额收益。
首先定义主动收益 Active Return:
其中,是策略收益,是 Benchmark 收益。
主动收益的波动率被称为 Tracking Error:
于是 Information Ratio 为:
也可以写成:
IR 和 Sharpe 很容易混淆。
Sharpe 是:
而 IR 是:
两者最核心的区别是比较对象不同。
Sharpe 比较的是策略与无风险资产。
IR 比较的是策略与 Benchmark。
因此:
例如,一个基金可能获得很高的绝对收益,但如果其 Benchmark 同期表现也非常好,那么基金的 IR 未必很高。
IC,也就是 Information Coefficient,是因子研究中非常重要的指标。
它用来衡量:
今天 Alpha 给出的预测,与未来真正发生的收益之间到底有多强的关系?
假设在时刻 有 只股票。
对于股票,Alpha 给出的信号值为:
股票下一期的真实收益为:
那么当天的 IC 可以定义为:
这里非常重要的一点是,IC 通常是横截面相关性。
也就是说,在同一天,我们拿很多只股票进行比较。
Alpha 给出的分数为:
未来真实收益为:
然后计算这两个横截面向量之间的相关系数。
如果:
说明 Alpha 分数越高的股票,未来收益倾向越高。
如果:
说明 Alpha 的方向可能相反。
如果:
说明这个 Alpha 对未来收益的线性预测能力比较弱。
对于长期 Alpha 研究,我们还可以计算平均 IC:
但仅仅平均 IC 高还不够。
我们还希望 IC 在不同时间段比较稳定。
因此可以定义 ICIR:
其中 是 IC 时间序列的标准差。
如果平均 IC 较高,并且 较低,那么 ICIR 就会较高,说明预测能力不仅存在,而且比较稳定。
十一、Rank IC
实际量化因子研究中,还经常使用 Rank IC。
Rank IC 并不直接比较 Alpha 数值与未来收益数值,而是比较两者的排名。
定义为:
通常使用 Spearman Rank Correlation。
如果没有并列排名,其公式为:
其中,$d_i$ 表示股票 的 Alpha 排名和未来收益排名之差。
普通 IC 更关注:
Alpha 数值与未来收益之间是否存在线性关系。
Rank IC 更关注:
Alpha 能不能把未来表现好的股票排在前面,把未来表现差的股票排在后面。
在股票横截面选股策略中,Rank IC 往往非常有用。
十二、Turnover:换手率
Turnover,也就是换手率,用来衡量策略为了维持目标仓位,需要进行多少交易。
设资产 在时刻 的组合权重为。
一种常见的组合换手率定义是:
例如,原来的投资组合为:
下一期变成:
那么:
为什么换手率非常重要?
因为更高的 Turnover 通常意味着更高的交易成本。
可以粗略表示为:
也就是说,一个策略可能在不考虑交易成本时拥有很高的收益和 Sharpe,但如果每天需要大量交易,真正能够实现的净收益可能会大幅下降。
因此在评价 Alpha 时,不能只看收益和 Sharpe,还必须同时看 Turnover。
十三、PnL:Profit and Loss
PnL 是 Profit and Loss 的缩写,也就是策略产生的实际盈亏。
假设在时刻 持有 单位某资产。
资产价格从 变化到。
那么这一段时间产生的 PnL 为:
如果同时持有 个资产:
如果我们使用组合权重来表示持仓,则可以先计算组合收益率。
设资产 的组合权重为,下一期收益率为。
那么组合收益率为:
如果组合总资金为,则:
例如,一个账户有 100 万资金,当天组合收益率为 1%:
那么:
也就是当天盈利 10000。
但回测中的 Gross PnL 并不一定是真正可以获得的收益。
真实交易需要扣除各种成本:
而交易成本又可以拆成:
所以量化策略真正关心的应该是 Net PnL,而不只是理想情况下的 Gross PnL。
十四、Margin
在 WorldQuant 等 Alpha 研究环境中,Margin 可以用于衡量每交易一单位资金能够创造多少利润。
它的核心思想可以理解为:
其中,$TradedValue$ 表示策略产生的成交金额。
假设一段时间内总 PnL 为:
总成交金额为:
那么可以直观理解为:
假设策略 A 获得 10 万利润,总交易金额为 1000 万:
则:
另一个策略 B 同样赚了 10 万,但是总交易金额达到 1 亿:
则:
虽然两个策略最终赚的钱相同,但是策略 A 每一单位成交金额能够产生更多利润,因此交易效率更高。
Margin 与 Turnover 通常存在非常紧密的关系。
在其他条件大致相同时:
因此,高换手策略往往需要更强的预测能力,才能覆盖更高的交易成本。
需要注意,不同量化平台对 Margin 的具体计算口径可能存在差异,因此实际使用时应以对应平台的定义为准。
十五、一些辨析
Sharpe 和 IR 的区别:
IC 和 Correlation 的关系:
IC 本质上也是相关系数,但它有明确的预测含义。
Beta 和 Alpha 的关系:
表示可以通过市场风险解释的部分,$\alpha$ 表示无法通过市场风险解释的部分。
Turnover 和 Margin 的关系:
在其他条件不变的情况下,交易越频繁,每单位交易对应的利润通常越低。
IC 和 PnL 的区别也非常重要。
IC 高并不意味着 PnL 一定高。
因为:
一个 Alpha 即使 IC 不错,如果仓位构造很差、换手过高、交易成本过大,也可能没有优秀的 PnL。
反过来,一个策略暂时拥有很高的 PnL,也不能直接证明 Alpha 具有稳定预测能力,它可能只是恰好暴露于某个近期表现非常好的市场因子。
十八、总结
一个真正完整的量化策略评价过程,并不是寻找某一个最大的指标。
我们真正希望找到的是:
IC 告诉我们预测是否有效。
Turnover 告诉我们实现预测需要进行多少交易。
PnL 告诉我们最终赚了多少钱。
Margin 告诉我们这些利润是否以较高的交易效率获得。
Sharpe 告诉我们收益与波动风险之间的关系。
Beta 告诉我们策略到底承担了多少市场风险。
Alpha 告诉我们扣除已有风险因子以后还剩多少真正的超额收益。
IR 告诉我们策略相对于 Benchmark 的表现。
SC 告诉我们新策略是否只是已有策略的重复。
FA 告诉我们策略的收益来源。
VaR 则告诉我们,在正常统计模型之外,应该从什么位置开始警惕尾部损失。