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用Python浅析股票数据

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鱼心DrFish
2017.04.12 20:52* 字数 2525

本文将使用Python来可视化股票数据,比如绘制K线图,并且探究各项指标的含义和关系,最后使用移动平均线方法初探投资策略。

数据导入

这里将股票数据存储在stockData.txt文本文件中,我们使用pandas.read_table()函数将文件数据读入成DataFrame格式。

其中参数usecols=range(15)限制只读取前15列数据,parse_dates=[0]表示将第一列数据解析成时间格式,index_col=0则将第一列数据指定为索引。

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) #设置绘图尺寸

#读取数据
stock = pd.read_table('stockData.txt', usecols=range(15), parse_dates=[0], index_col=0)
stock = stock[::-1]  #逆序排列
stock.head()

以上显示了前5行数据,要得到数据的更多信息,可以使用.info()方法。它告诉我们该数据一共有20行,索引是时间格式,日期从2015年1月5日到2015年1月30日。总共有14列,并列出了每一列的名称和数据格式,并且没有缺失值。

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

在观察每一列的名称时,我们发现'open'的列名前面似乎与其它列名不太一样,为了更清楚地查看,使用.columns得到该数据所有的列名如下:

stock.columns
Index(['    open', 'high', 'close', 'low', 'volume', 'price_change',
       'p_change', 'ma5', 'ma10', 'ma20', 'v_ma5', 'v_ma10', 'v_ma20',
       'turnover'],
      dtype='object')

于是发现'open'列名前存在多余的空格,我们使用如下方法修正列名。

stock.rename(columns={'    open':'open'}, inplace=True)

至此,我们完成了股票数据的导入和清洗工作,接下来将使用可视化的方法来观察这些数据。

数据观察

首先,我们观察数据的列名,其含义对应如下:

open high colse low volume price_change p_change
开盘价 最高价 收盘价 最低价 成交量 价格变动 涨跌幅
ma5 ma10 ma20 v_ma5 v_ma10 v_ma20 turnover
5日均价 10日均价 20日均价 5日均量 10日均量 20日均量 换手率

这些指标总体可分为两类:

  • 价格相关指标
* 当日价格:开盘、收盘价,最高、最低价
* 价格变化:价格变动和涨跌幅
* 均价:5、10、20日均价
  • 成交量相关指标
* 成交量
* 换手率:成交量/发行总股数×100%
* 成交量均量:5、10、20日均量

由于这些指标都是随时间变化的,所以让我们先来观察它们的时间序列图。

时间序列图

以时间为横坐标,每日的收盘价为纵坐标,做折线图,可以观察股价随时间的波动情况。这里直接使用DataFrame数据格式自带的做图工具,其优点是能够快速做图,并自动优化图形输出形式。

stock['close'].plot(grid=True)

如果我们将每日的开盘、收盘价和最高、最低价以折线的形式绘制在一起,难免显得凌乱,也不便于分析。那么有什么好的方法能够在一张图中显示出这四个指标?答案下面揭晓。

K线图

相传K线图起源于日本德川幕府时代,当时的商人用此图来记录米市的行情和价格波动,后来K线图被引入到股票市场。每天的四项指标数据用如下蜡烛形状的图形来记录,不同的颜色代表涨跌情况。

图片来源:http://wiki.mbalib.com/wiki/K线理论

Matplotlib.finance模块提供了绘制K线图的函数candlestick_ohlc(),但如果要绘制比较美观的K线图还是要下点功夫的。下面定义了pandas_candlestick_ohlc()函数来绘制适用于本文数据的K线图,其中大部分代码都是在设置坐标轴的格式。

from matplotlib.finance import candlestick_ohlc
from matplotlib.dates import DateFormatter, WeekdayLocator, DayLocator, MONDAY

def pandas_candlestick_ohlc(stock_data, otherseries=None):    

    # 设置绘图参数,主要是坐标轴 
    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)
     
    # 创建K线图   
    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)


    # 可同时绘制其他折线图
    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)

这里红色代表上涨,绿色代表下跌。

相对变化量

股票中关注的不是价格的绝对值,而是相对变化量。有多种方式可以衡量股价的相对值,最简单的方法就是将股价除以初始时的价格。

stock['return'] = stock['close'] / stock.close.iloc[0]
stock['return'].plot(grid=True)

第二种方法是计算每天的涨跌幅,但计算方式有两种:

这两者可能导致不同的分析结果,样例数据中的涨跌幅使用的是第一个公式,并乘上了100%。

stock['p_change'].plot(grid=True).axhline(y=0, color='black', lw=2)

为了解决第二种方法中的两难选择,我们引入第三种方法,就是计算价格的对数之差,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)

相关关系

在观察了价格的走势之后,我们来看看各指标之间的关系。下面挑选了部分代表性的指标,并使用pandas.scatter_matrix()函数,将各项指标数据两两关联做散点图,对角线是每个指标数据的直方图。

small = stock[['close', 'price_change', 'ma20','volume', 'v_ma20', 'turnover']]
_ = pd.scatter_matrix(small)

图中可以明显发现成交量(volume)和换手率(turnover)有非常明显的线性关系,其实换手率的定义就是:成交量除以发行总股数,再乘以100%。所以下面的分析中我们将换手率指标去除,这里使用了相关性关系来实现数据降维。

上面的散点图看着有些眼花缭乱,我们可以使用numpy.corrcof()来直接计算各指标数据间的相关系数。

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.        ]])

如果觉得看数字还是不够方便,我们继续将上述相关性矩阵转换成图形,如下图所示,其中用颜色来代表相关系数。我们发现位于(0,3)位置的相关系数非常大,查看数值达到0.91。这两个强烈正相关的指标是收盘价和成交量。

img = plt.matshow(cov,cmap=plt.cm.winter)
plt.colorbar(img, ticks=[-1,0,1])
plt.show()

以上我们用矩阵图表的方式在多个指标中迅速找到了强相关的指标。接着做出收盘价和成交量的折线图,因为它们的数值差异很大,所以我们采用两套纵坐标体系来做图。

stock[['close','volume']].plot(secondary_y='volume', grid=True)

观察这两个指标的走势,在大部分时候股价上涨,成交量也上涨,反之亦然。但个别情况下则不成立,可能是成交量受到前期的惯性影响,或者还有其他因素。

移动平均线

吴军老师曾讲述他的投资经验,大意是说好的投资方式不是做预测,而是能在合适的时机做出合适的应对和决策。同样股市也没法预测,我们能做的是选择恰当的策略应对不同的情况。

好的指标是能驱动决策的。在上面的分析中我们一直没有使用的一类指标是5、10、20日均价,它们又称为移动平均值,下面我们就使用这项指标来演示一个简单的股票交易策略。(警告:这里仅仅是演示说明,并非投资建议。

为了得到更多的数据来演示,我们使用pandas_datareader直接从雅虎中下载最近一段时间的谷歌股票数据。

import datetime
import pandas_datareader.data as web

# 设置股票数据的时间跨度
start = datetime.datetime(2016,10,1)
end = datetime.date.today()

# 从yahoo中获取google的股价数据。
goog = web.DataReader("GOOG", "yahoo", start, end)

#修改索引和列的名称,以适应本文的分析
goog.index.rename('date', inplace=True)
goog.rename(columns={'Open':'open', 'High':'high', 'Low':'low', 'Close':'close'}, inplace=True)

goog.head()

数据中只有每天的价格和成交量,所以我们需要自己算出5日均价和10日均价,并将均价的折线图(也称移动平均线)与K线图画在一起。

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'])

观察上图,我们发现5日均线与K线图较为接近,而20日均线则更平坦,可见移动平均线具有抹平短期波动的作用,更能反映长期的走势。比较5日均线和20日均线,特别是关注它们的交叉点,这些是交易的时机。移动平均线策略,最简单的方式就是:当5日均线从下方超越20日均线时,买入股票,当5日均线从上方越到20日均线之下时,卖出股票。

为了找出交易的时机,我们计算5日均价和20日均价的差值,并取其正负号,作于下图。当图中水平线出现跳跃的时候就是交易时机。

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)

为了更方便观察,上述计算得到的均价差值,再取其相邻日期的差值,得到信号指标。当信号为1时,表示买入股票;当信号为-1时,表示卖出股票;当信号为0时,不进行任何操作。

goog['signal'] = np.sign(goog['diff'] - goog['diff'].shift(1))
goog['signal'].plot(ylim=(-2,2))

从上图中看出,从今年初到现在,一共有两轮买进和卖出的时机。到目前为止,似乎一切顺利,那么让我们看下这两轮交易的收益怎么样吧。

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、操作和当天的价格。但很遗憾地发现,这两轮交易的卖出价都小于买入价,实际上按上述方法交易我们亏本了!!!

你是否很愤怒呢?原来分析到现在,都是假的呀!我之前就警告过,这里的分析只是演示移动平均线策略的思想,而并非真正的投资建议。股票市场是何其的复杂多变,又如何是一个小小的策略所能战胜的呢?

那么这个策略就一无是处吗?非也!如果考虑更长的时间跨度,比如5年、10年,并考虑更长的均线,比如将20日均线和50日均线比较;虽然过程中也有亏损的时候,但赢的概率更大。也就是说,在更长的时间尺度上该策略也是可行的。但即使你赚了,又能跑赢大盘吗?这时候还需用到其他方法,比如合理配置投资比例等。

还是那句话,股市有风险,投资需谨慎。本文不是分析股票的文章,而是借用股票数据来说明数据分析的基本方法,以及演示什么样的指标是好的指标。


参考资料:

本文是解密大数据商业数据分析课程的作业之一,更多内容可关注下方公号。


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