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📑 查看全课大纲(第 25 / 59 节)
  1. 1.量化投资必备基础知识
  2. 2.趋势型策略及模型原理
  3. 3.均值回复型策略及模型原理
  4. 4.配对交易策略及模型原理
  5. 5.量化策略研发流程与基本技能
  6. 6.常用的量化平台概述及如何选择
  7. 7.如何量化一个主观策略思路
  8. 8.常用技术指标及指标计算过程
  9. 9.如何编写指标代码
  10. 10.指标的物理意义
  11. 11.技术指标的应用技巧
  12. 12.更多的交易决策
  13. 13.编写程序去量化一个趋势型技术指标
  14. 14.编写趋势型技术指标的性能评价
  15. 15.策略对交易成本和持仓周期的影响
  16. 16.股票池策略的原理及基本框架
  17. 17.基于多因子分析的股票池设计与实现
  18. 18.股票池的性能评估
  19. 19.使用定制化财务因子构建股票池
  20. 20.趋势型策略原理及股票池机制的设计
  21. 21.趋势型择时信号的设计方法与编程实现
  22. 22.趋势型策略的回测与性能评估
  23. 23.优化趋势型策略的思路及方法
  24. 24.量化体系中的风险控制思想
  25. 25.风险的度量-波动率
  26. 26.常用的风险控制方法
  27. 27.实现止盈止损模块以提高策略性能
  28. 28.策略性能的评估与优化
  29. 29.探讨波动率与风险的关系
  30. 30.量化策略中的经典资金管理模型
  31. 31.用python编程实现资金管理模块
  32. 32.构建一个完善的量化交易策略
  33. 33.趋势型量化策略必备的期货知识
  34. 34.期货量化工具介绍
  35. 35.商品期货趋势型策略原理
  36. 36.用TB编写商品期货趋势型策略(上)
  37. 37.用TB编写商品期货趋势型策略(下)
  38. 38.分析优化商品期货趋势型策略的方法思路
  39. 39.期货交易策略的注意事项
  40. 40.均值回复型策略的原理
  41. 41.A股市场有没有稳定的均值回复效应?
  42. 42.编写一个均值回复型股票量化策略
  43. 43.编写多空组合策略进行策略改进
  44. 44.在策略中实现头寸管理进行策略优化
  45. 45.套利策略原理及常见套利类型
  46. 46.用MC开发一个跨品种套利交易策略(上)
  47. 47.用MC开发一个跨品种套利交易策略(下)
  48. 48.统计套利之股票配对交易策略
  49. 49.实盘中的细节问题:加减仓
  50. 50.关于高频交易
  51. 51.如何评价实盘量化策略的性能
  52. 52.量化系统的工作过程及研发流程
  53. 53.运气or实力
  54. 54.量化实盘交易需要满足什么条件
  55. 55.未来函数的坑
  56. 56.实盘数据接口异常的自动报警
  57. 57.交易系统的压力测试
  58. 58.自动运行的交易策略,什么时候需要人工干预
  59. 59.预案准备和实盘心理建设

风险的度量-波动率

约 16 分钟

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风险的度量-波动率

小象实战讲义 · 进阶量化交易实战:迭代式的量化策略研发 本讲义仅用于编程与量化方法教学,不构成任何投资建议。

波动率是金融资产价格最核心的二阶矩特征。在量化体系中,波动率既是风险的直接代名词,也是期权定价与动态头寸管理的核心输入变量。本节系统剖析历史波动率(HV)、帕金森极值波动率(Parkinson)与 EWMA 指数加权移动平均波动率模型。

💡 核心导读

  • 三大经典波动率度量模型与适用场景
    • 标准历史波动率(Close-to-Close HV):仅基于收盘价对数收益率标准差,计算简单但丢失日内最高最低价信息;
    • 帕金森高低价极值波动率(Parkinson Volatility):基于日内 High 和 Low 极值差,效率是传统收盘价波动率的 5 倍;
    • EWMA 动态衰减波动率(Exponentially Weighted):赋予近期波动更高权重,敏锐捕捉波动率聚集(Volatility Clustering)效应。
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    多维波动率量化度量拓扑图                     │
└──────────────────────────────┬──────────────────────────────┘

 ┌─────────────────────────────┼─────────────────────────────┐
 ▼                             ▼                             ▼
┌─────────────────────────┐   ┌─────────────────────────┐   ┌─────────────────────────┐
│ 收盘价历史波动率 (HV)   │   │ 帕金森极值波动率 (Park) │   │ EWMA 动态加权波动率     │
├─────────────────────────┤   ├─────────────────────────┤   ├─────────────────────────┤
│ • <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mtext>std</mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>P</mi><mi>t</mi></msub><mi mathvariant="normal">/</mi><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>×</mo><msqrt><mn>252</mn></msqrt></mrow><annotation encoding="application/x-tex">\sigma = \text{std}(\ln(P_t/P_{t-1})) \times \sqrt{252}</annotation></semantics></math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="katex-base"><span class="katex-strut" style="height:0.4306em;"></span><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.0359em;">σ</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2778em;"></span><span class="mrel">=</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2778em;"></span></span><span class="katex-base"><span class="katex-strut" style="height:1em;vertical-align:-0.25em;"></span><span class="mord text"><span class="mord">std</span></span><span class="mopen">(</span><span class="mop">ln</span><span class="mopen">(</span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.1389em;">P</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2806em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:-0.1389em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mord">/</span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.1389em;">P</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:-0.1389em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span><span class="mbin mtight">−</span><span class="mord mtight">1</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2083em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mclose">))</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span><span class="mbin">×</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span></span><span class="katex-base"><span class="katex-strut" style="height:1.04em;vertical-align:-0.1328em;"></span><span class="mord sqrt"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.9072em;"><span class="svg-align" style="top:-3em;"><span class="pstrut" style="height:3em;"></span><span class="mord" style="padding-left:0.833em;"><span class="mord">252</span></span></span><span style="top:-2.8672em;"><span class="pstrut" style="height:3em;"></span><span class="hide-tail" style="min-width:0.853em;height:1.08em;"><svg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="400em" height="1.08em" viewBox="0 0 400000 1080" preserveAspectRatio="xMinYMin slice"><path d="M95,702
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class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2806em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:-0.0813em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mord">/</span><span class="mord"><span class="mord mathnormal">L</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2806em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mclose"><span class="mclose">)</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.8141em;"><span style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span> │ │ • <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>t</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mi>λ</mi><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>t</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">)</mo><msubsup><mi>r</mi><mi>t</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><annotation encoding="application/x-tex">\sigma_t^2 = \lambda \sigma_{t-1}^2 + (1-\lambda)r_t^2</annotation></semantics></math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="katex-base"><span class="katex-strut" style="height:1.0611em;vertical-align:-0.247em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.0359em;">σ</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.8141em;"><span style="top:-2.453em;margin-left:-0.0359em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span><span style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.247em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.2778em;"></span><span class="mrel">=</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2778em;"></span></span><span class="katex-base"><span class="katex-strut" style="height:1.1205em;vertical-align:-0.3064em;"></span><span class="mord mathnormal">λ</span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.0359em;">σ</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.8141em;"><span style="top:-2.4519em;margin-left:-0.0359em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span><span class="mbin mtight">−</span><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3064em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span><span class="mbin">+</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span></span><span class="katex-base"><span class="katex-strut" style="height:1em;vertical-align:-0.25em;"></span><span class="mopen">(</span><span class="mord">1</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span><span class="mbin">−</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span></span><span class="katex-base"><span class="katex-strut" style="height:1.0641em;vertical-align:-0.25em;"></span><span class="mord mathnormal">λ</span><span class="mclose">)</span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.0278em;">r</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.8141em;"><span style="top:-2.453em;margin-left:-0.0278em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span><span style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="katex-sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.247em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>│
│ • 基准常用,但时滞较长  │   │ • 充分捕获日内宽幅震荡  │   │ • 快速捕捉波动率暴增    │
└─────────────────────────┘   └─────────────────────────┘   └─────────────────────────┘

一、帕金森(Parkinson)极值波动率数学推导

假设资产价格在连续时间内遵循几何布朗运动。帕金森证明利用日内最高价 HtH_t 与最低价 LtL_t 可以构建更无偏、更高效的波动率估计量:

σPark2=14ln2Nt=1N(lnHtLt)2×252\sigma_{Park}^2 = \frac{1}{4 \ln 2 \cdot N} \sum_{t=1}^N \left( \ln \frac{H_t}{L_t} \right)^2 \times 252

相较于仅用收盘价,帕金森波动率能够在样本量较小时快速收敛至真实波动率。

import pandas as pd
import numpy as np

def calculate_parkinson_volatility(df: pd.DataFrame, window: int = 20) -> pd.Series:
    """
    计算帕金森高低价极值年化波动率
    """
    hl_ratio = np.log(df['high'] / df['low'])
    park_var = (hl_ratio ** 2).rolling(window).mean() / (4.0 * np.log(2.0))
    park_vol = np.sqrt(park_var * 252.0)
    return park_vol

二、EWMA 波动率聚集模型与风险衰减因子

金融资产收益率具有显著的“波动率聚集(Volatility Clustering)”特征,即大波动后往往伴随大波动。RiskMetrics 提出 EWMA 模型,衰减因子通常取 λ=0.94\lambda = 0.94

σt2=λσt12+(1λ)rt2\sigma_t^2 = \lambda \sigma_{t-1}^2 + (1 - \lambda) r_t^2

def calculate_ewma_volatility(returns: pd.Series, decay: float = 0.94) -> pd.Series:
    """
    计算 EWMA 动态指数衰减年化波动率
    """
    var = np.zeros(len(returns))
    var[0] = returns.var()
    for i in range(1, len(returns)):
        var[i] = decay * var[i-1] + (1.0 - decay) * (returns.iloc[i] ** 2)
    return pd.Series(np.sqrt(var * 252.0), index=returns.index)

📝 动手练一练

编写 Python 脚本对比收盘价 HV、帕金森极值与 EWMA 波动率在突发黑天鹅事件中的响应速度:

import pandas as pd
import numpy as np

def run_volatility_measurement_test():
    np.random.seed(42)
    n = 100
    # 前 80 天低波动,后 20 天波动率激增 3 倍
    rets1 = np.random.normal(0, 0.01, 80)
    rets2 = np.random.normal(0, 0.03, 20)
    rets = np.concatenate([rets1, rets2])
    sigmas = np.concatenate([np.full(80, 0.01), np.full(20, 0.03)])
    prices = 100.0 * np.cumprod(1.0 + rets)
    
    # high/low 日内振幅按状态 σ 同步缩放(与波动率状态切换保持一致)
    df = pd.DataFrame({
        'high': prices * (1.0 + np.abs(np.random.normal(0, 0.8, n)) * sigmas),
        'low': prices * (1.0 - np.abs(np.random.normal(0, 0.8, n)) * sigmas),
        'close': prices
    })
    
    df['HV_20'] = df['close'].pct_change().rolling(20).std() * np.sqrt(252)
    df['Park_20'] = calculate_parkinson_volatility(df, window=20)
    df['EWMA'] = calculate_ewma_volatility(df['close'].pct_change().fillna(0))
    
    print("================ 多维波动率度量响应对比 ================")
    print(f"突发波动后 Close-to-Close HV: {df['HV_20'].iloc[-1]*100:.2f}%")
    print(f"突发波动后 Parkinson 极值 HV : {df['Park_20'].iloc[-1]*100:.2f}%")
    print(f"突发波动后 EWMA 动态波动率   : {df['EWMA'].iloc[-1]*100:.2f}%")
    assert df['EWMA'].iloc[-1] > df['EWMA'].iloc[70], "EWMA 波动率未能灵敏响应突发风险!"
    print("✅ 波动率量化度量与模型对比测试 PASS")
    print("======================================================")

if __name__ == '__main__':
    run_volatility_measurement_test()

运行结果输出:

================ 多维波动率度量响应对比 ================
突发波动后 Close-to-Close HV: 32.90%
突发波动后 Parkinson 极值 HV : 35.69%
突发波动后 EWMA 动态波动率   : 27.51%
✅ 波动率量化度量与模型对比测试 PASS
======================================================

本章小结

  1. 根据场景选择波动率模型:长期资产配置选用标准历史波动率,日内与高频风控优先选用帕金森极值与 EWMA。
  2. 捕捉波动率聚集现象:EWMA 模型通过指数衰减权重实现对突发市场剧震的秒级敏锐捕捉。
  3. 波动率是仓位规模的核心输入:基于波动率倒数进行动态头寸分配(Volatility Targeting),平滑组合净值波动。

📋 行动清单 (Action Checklist)

  • 运行波动率对比代码,调整 EWMA 衰减因子 λ\lambda(0.90 vs 0.97)观察响应敏感度;
  • 编写 Garman-Klass 波动率模型(结合开盘、收盘与高低价);
  • 预习下一节,掌握止损止盈模块与动态跟踪止损带的设计。

— 小象教研组

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