因子数据预处理-去极值和标准化

news2024/11/25 4:59:13

一. 去极值

因子数据中过大或过小的值会影响分析结果，特别是在回归时，离群值会严重影响因子和收益率之间的相关性估计结果。

因子去极值的处理方法：

确定上下限
将上下限外的数据修改为上下限值

常见的去极值方法有三种，分别是MAD法，3 $\sigma$ 法，百分位法

1. MAD法

处理步骤：

找出所有因子的中位数 $F_{median}$
得到每个因子与中位数的绝对偏差值 $F_i - F_{median}|$
得到绝对偏差值的中位数 $M A D$
确定阈值参数 $n$ ，对超出范围 $F_{median} - n * MAD, F_{median} + n * MAD]$ 的因子值做调整

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import baostock as bs

def get_hs300_stocks():
    lg = bs.login()
    
    # 获取沪深300成分股
    rs = bs.query_hs300_stocks()
    hs300_stocks = []
    while (rs.error_code == '0') & rs.next():
        hs300_stocks.append(rs.get_row_data())
    
    # 获取沪深300成分股数据
    result = pd.DataFrame()
    for element in hs300_stocks:
        print(element[1])
        rs = bs.query_history_k_data_plus(element[1], "code,peTTM, pbMRQ",
    start_date='2024-03-29', end_date='2024-03-29',frequency="d", adjustflag="3")

        #### 打印结果集 ####
        data_list = []
        while (rs.error_code == '0') & rs.next():
            data_list.append(rs.get_row_data())
    
        result = result.append(pd.DataFrame(data_list), ignore_index=True)
        
    result.columns = ['code','pe', 'pb']
    result['pe'] = result['pe'].astype('float64')
    result['pb'] = result['pb'].astype('float64')
    
    result.set_index('code', inplace=True)
    
    return result

# 获取沪深300所有成分股2024-02-29的市盈率和市净率
factor_data = get_hs300_stocks()

# MAD去极值
def extreme_mad(factor, n):
    median = factor.quantile(0.5)
    mad = (factor - median).abs().quantile(0.5)
    upper = median + mad * n
    lower = median - mad * n
    
    return factor.clip(lower = lower, upper = upper, axis = 1)

# 对比用MAD法去极值后与原始数据的数据分布
fig, ax = plt.subplots(figsize = (10, 8))
factor_data['pe'].plot(kind = 'kde',label='pe')
extreme_mad(factor_data, 5)['pe'].plot(kind = 'kde', label = 'pe_mad')
ax.legend()

在这里插入图片描述

2. 3 $\sigma$ 法

处理步骤：

计算出因子的平均值 $m e an$ 与标准差 $\delta$
确定阈值参数 $n$ (默认为3)，对超出范围 $n\delta, mean + n\delta]$ 的因子值做调整

# 3 sigma法
def extreme_nsigma(factor, n):
    mean = factor.mean()
    std = factor.std()
    
    upper = mean + n * std
    lower = mean - n * std
    
    return factor.clip(lower = lower, upper = upper, axis = 1)

# 对比用3 sigma法去极值后与原始数据的数据分布
fig, ax = plt.subplots(figsize = (10, 8))
factor_data['pe'].plot(kind = 'kde',label='pe')
extreme_nsigma(factor_data, 3)['pe'].plot(kind = 'kde', label = '3sigma_pe')
ax.legend()

在这里插入图片描述

3. 百分位法

处理步骤：

找出因子值的上限分位数和下限分位数（一般为97.5%和2.5%）
对大于上限分位数和小于下限分位数的因子值进行调整

# 百分位数去极值
def extreme_percentage(factor, lower_pencentage, upper_percentage):
    lower = factor.quantile(lower_pencentage)
    upper = factor.quantile(upper_percentage)
    
    return factor.clip(upper = upper, lower = lower, axis = 1)

# 对比用百分位法去极值后与原始数据的数据分布
fig, ax = plt.subplots(figsize = (10, 8))
factor_data['pe'].plot(kind = 'kde',label='pe')
extreme_percentage(factor_data, 0.025, 0.975)['pe'].plot(kind = 'kde', label = 'percent_pe')
ax.legend()

在这里插入图片描述

二. 标准化

一般不同因子数据的量纲和数量级可能会存在较大的差别，比如市盈率和成交量这两个因子之间会差好几个数量级，这样会放大数值大的因子，削弱数值小的因子。因此需要对因子数据进行标准化处理。

经过标准化处理后，因子数据会出现如下变化

原始数据从有量纲数据转换为无量纲数据，
各指标数据处于同一数量级上，数据更加集中
不同的指标能够进行比较和回归，可以进行综合测评分析

1. Z-score法

处理步骤：

计算因子的均值和标准差
因子值减去均值后再除以标准差得到的值即是标准化后的因子值

def standlize_z(factor):
    mean, std = factor.mean(), factor.std()
    
    return (factor - mean) / std

fig, ax = plt.subplots(figsize = (10, 8))
extreme_mad(factor_data, 5)['pe'].plot(kind = 'kde',label='pe_mad')
standlize_z(extreme_mad(factor_data, 5))['pe'].plot(kind = 'kde', label = 'pe_standlize')
ax.legend()