Глава 2 Использование искусственных нейронных сетей для решения задач прогнозирования и анализа фондовых рынков

1. Нейронная сеть. Основнын понятия и определения

1. Нейронная сеть

Это не модель человеческого мозга

Человеческий мозг – одна из самых больших загадок, над которой бьются ученые не одно столетие. До сих пор нет единого понимания, как все это функционирует. Есть две основные теории: теория о «клетке бабушки» и теория дистрибутивного представительства. Первая утверждает, что отдельные нейроны имеют высокую информационную вместимость и способны формировать сложные концепты. Например, образ вашей бабушки или Дженнифер Энистон. Вторая говорит о том, что нейроны намного проще в своем устройстве и представляют комплексные объекты лишь в группе. Искусственную нейронную сеть можно в общих чертах представить как развитие идей второй модели.

Огромная разница ИНС от человеческого мозга, помимо очевидной сложности самих нейронов, в размерах и организации. Нейронов и синапсов в мозгу несоизмеримо больше, они самостоятельно организуются и способны к адаптации. ИНС конструируют как архитектуру. Ни о какой самоорганизации в обычном понимании не может быть речи.

ИНС создаются по архетипу человеческого мозга в том же смысле, как олимпийский стадион в Пекине был собран по модели птичьего гнезда. Это ведь не означает, что стадион – это гнездо. Это значит, что в нем есть некоторые элементы его конструкции. Лучше говорить о сходстве, а не совпадении структуры и дизайна. Нейронные сети, скорее, имеют отношение к статистическим методам – соответствия кривой и регрессии. В контексте количественных методов в финансовой сфере заявка на то, что нечто работает по принципам человеческого мозга, может ввести в заблуждение. А в неподготовленных умах вызвать страх угрозы вторжения роботов и прочую фантастику. Пример кривой, также известной как функция приближения. Нейронные сети очень часто используют для аппроксимации сложных математических функций 2. Нейронная сеть – не упрощенная форма статистики

Нейронные сети состоят из слоев соединенных между собой узлов. Отдельные узлы называются перцептронами и напоминаютмножественную линейную регрессию. Разница в том, что перцептроны упаковывают сигнал, произведенный множественной линейной регрессией, в функцию активации, которая может быть как линейной, так и нелинейной. В системе со множеством слоев перцептронов (MLP) перцептроны организованы в слои, которые в свою очередь соединены друг с другом. Есть три типа слоев: слои входных данных и выходных сигналов, скрытые слои. Первый слой получает паттерны входных данных, второй может поддерживать список классификации или сигналы вывода в соответствии со схемой. Скрытые слои регулируют веса входных данных, пока риски ошибки не сводятся к минимуму. Картирование инпутов/аутпутов

Перцепторы получают векторы входных данных — z=(z1,z2,…,zn) из n атрибутов. Вектор называется входным паттерном (input pattern). Вес такого «инпута» определяется весом вектора, принадлежащего к этому перцептрону — v=(v1,v2,…,vn). В контексте множественной линейной регрессии это можно представить как коэффициент регрессии. Сигнал перцептрона в сети, net, обычно складывается из входного паттерна и его веса. net=∑nizivi

Сигнал минус смещение θ затем преобразуется в некую активационную функцию. Обычно это монотонно возрастающая функция с границами (0,1) или (-1,1). Простейшая нейронная сеть – так, которая имеет лишь один нейрон, картирующий входные сигналы в выходные. Создание слоев

Рисунок 1- Простейшая нейронная сеть

Как видно из рисунка, перцептроны организованы в слои. Первый слой, который позже получит название входного, получает паттерн p в процессе обучения – Pt. Последний слой привязан к ожидаемым выходным сигналам для этих паттернов. Паттерны могут быть величинами разных технических индикаторов, а потенциальные выходные сигналы могут быть категориями {BUY,HOLD,SELL}.Скрытый слой – тот, который получает инпуты и аутпуты от другого слоя и формирует аутпуты для следующего. По одной из версий, скрытые слои извлекают выступающие элементы из входящих данных, которые имеют значение для предсказания результата. В статистике такая техника зовется первичным компонентным анализом.

Глубокая нейронная сеть имеет большое количество скрытых слоев и способна извлекать больше подходящих элементов данных. Недавно их с успехом использовали для решения проблем распознавания образов.

В задачах трейдинга при использовании глубоких сетей есть одна проблема: данные на входе уже подготовлены и может быть сразу несколько элементов, которые необходимо извлечь.