前言
本文着重于回测相关得模块。
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由于上一篇文章实在是写得太烂了, 这一篇文章重新开始写。
Pyalgotrade业务逻辑及实现原理
以官方教程示例为例
下载数据
python -c "from pyalgotrade.tools import yahoofinance; yahoofinance.download_daily_bars('orcl', 2000, 'orcl-2000.csv')"
构建策略并运行
from pyalgotrade import strategy
from pyalgotrade.barfeed import yahoofeed
from pyalgotrade.technical import ma
class MyStrategy(strategy.BacktestingStrategy):
def __init__(self, feed, instrument, smaPeriod):
super(MyStrategy, self).__init__(feed, 1000)
self.__position = None
self.__instrument = instrument
# We'll use adjusted close values instead of regular close values.
self.setUseAdjustedValues(True)
self.__sma = ma.SMA(feed[instrument].getPriceDataSeries(), smaPeriod)
def onEnterOk(self, position):
execInfo = position.getEntryOrder().getExecutionInfo()
self.info("BUY at $%.2f" % (execInfo.getPrice()))
def onEnterCanceled(self, position):
self.__position = None
def onExitOk(self, position):
execInfo = position.getExitOrder().getExecutionInfo()
self.info("SELL at $%.2f" % (execInfo.getPrice()))
self.__position = None
def onExitCanceled(self, position):
# If the exit was canceled, re-submit it.
self.__position.exitMarket()
def onBars(self, bars):
# Wait for enough bars to be available to calculate a SMA.
if self.__sma[-1] is None:
return
bar = bars[self.__instrument]
# If a position was not opened, check if we should enter a long position.
if self.__position is None:
if bar.getPrice() > self.__sma[-1]:
# Enter a buy market order for 10 shares. The order is good till canceled.
self.__position = self.enterLong(self.__instrument, 10, True)
# Check if we have to exit the position.
elif bar.getPrice() < self.__sma[-1] and not self.__position.exitActive():
self.__position.exitMarket()
def run_strategy(smaPeriod):
# Load the yahoo feed from the CSV file
feed = yahoofeed.Feed()
feed.addBarsFromCSV("orcl", "orcl-2000.csv")
# Evaluate the strategy with the feed.
myStrategy = MyStrategy(feed, "orcl", smaPeriod)
myStrategy.run()
print "Final portfolio value: $%.2f" % myStrategy.getBroker().getEquity()
run_strategy(15)
业务逻辑概括
- 创建Feed对象加载回测历史数据
- 创建策略
- 将Feed对象传入策略
- 内部创建Broker对象
- 在策略中初始化技术指标
- 运行策略(内部会创建事件循环,依次读取每一个bars数据调用策略逻辑,即onBars函)
回测数据 Feed对象
用于承载回测的数据，提供接口访问，驱动整个事件循环。
创建Feed对象
# 导入yahoofeed模块
from pyalgotrade.barfeed import yahoofeed
# 创建yahoofeed.Feed类创建其实例
feed = yahoofeed.Feed()
# 通过addBarsFromCSV加载本地csv文件
# 传入股票代码名, 文件路径
feed.addBarsFromCSV("orcl", "orcl-2000.csv")
Feed对象继承链
注: 由IntelliJ Idea生成
由上图可知, 分别继承不同的BarFeed,最终业务逻辑基类pyalgotrade.observer.subject.
Feed数据结构构建过程
主要方法调用顺序如下:
yahooFeed.addBarsFromCSV
-> csvFeed.BarFeed.addBarsFromCSV
-> membf.BarFeed.addBarsFromSequence
-> barfeed.registerInstrument
-> feed.registerDataSeries
-> barfeed.createDataSeries
Feed数据结构
在Feed中有两个比较重要的数据对象
- self.__bars = {}
- self.__ds = BarDataSeries()
其中BarDataSeries对象有以下定义
pyalgotrade/pyalgotrade/dataseries/bards.py
class BarDataSeries(dataseries.SequenceDataSeries):
def __init__(self, maxLen=None):
super(BarDataSeries, self).__init__(maxLen)
self.__openDS = dataseries.SequenceDataSeries(maxLen)
self.__closeDS = dataseries.SequenceDataSeries(maxLen)
self.__highDS = dataseries.SequenceDataSeries(maxLen)
self.__lowDS = dataseries.SequenceDataSeries(maxLen)
self.__volumeDS = dataseries.SequenceDataSeries(maxLen)
self.__adjCloseDS = dataseries.SequenceDataSeries(maxLen)
self.__extraDS = {}
self.__useAdjustedValues = False
BarDataSeries提供一系列方法返回相应的数据序列，以getOpenDataSeries为例
pyalgotrade/pyalgotrade/dataseries/bards.py:87
def getOpenDataSeries(self):
"""Returns a :class:`pyalgotrade.dataseries.DataSeries` with the open prices."""
return self.__openDS
而dataseries.SequenceDataSeries对象是一个数据存储在collections.ListDeque对象上，并集成事件监听的类对象.
self._bars在membf.BarFeed.addBarsFromSequence方法中读取csv文件生成.
self._ds在barfeed.createDataSeries方法中创建一个默认长度为1024的BarDataSeries空数据对象.
小结
bar是含有时间, 开盘价, 收盘价, 当日最高价, 当日最低价, 成交量，复权收盘价的数据对象.
self.__bars是key为股票代码, value是元素为bars数据对象的列表的字典.
self.__ds是BarDataSeries对象
事件循环
事件循环是PyalgoTrade的数据引擎，驱动着整个策略运转.
下面是Pyalgotrade内部事件循环的一个简单的实现。
# coding: utf8
import abc
class Event(object):
"""事件类.
用于订阅指定的操作,如函数
当事件执行emit方法的时候,遍历订阅了的操作,并执行该操作"""
def __init__(self):
# 内部handlers列表
self.__handlers = []
def subscribe(self, handler):
if handler not in self.__handlers:
self.__handlers.append(handler)
def emit(self, *args, **kwargs):
"""执行所有订阅了的操作"""
for handler in self.__handlers:
handler(*args, **kwargs)
class Subject(object):
"""将元类指向abc.ABCMeta元类
1. 当抽象方法未被实现的时候,不能新建该类的实例
2. abstractmethod相当于子类要实现的接口,如果不实现,则不能新建该类的实例"""
__metaclass__ = abc.ABCMeta
@abc.abstractmethod
def start(self):
pass
@abc.abstractmethod
def stop(self):
pass
@abc.abstractmethod
def dispatch(self):
raise NotImplementedError()
@abc.abstractmethod
def eof(self):
raise NotImplementedError()
class Dispatcher(object):
"""调度类
1. 维护事件循环
2. 不断的调度subject的disptch操作并判断是否结束"""
def __init__(self):
self.__subjects = []
self.__stop = False
def run(self):
"""运行整个事件循环并在调度之前,之后分别调用subject的start, stop方法"""
try:
for subject in self.__subjects:
subject.start()
while not self.__stop:
eof, dispatched = self.dispatch()
if eof:
self.__stop = True
finally:
for subject in self.__subjects:
subject.stop()
def dispatch(self):
ret = False
eof = False
for subject in self.__subjects:
ret = subject.dispatch() is True
eof = subject.eof()
return eof, ret
def addSubject(self, subject):
self.__subjects.append(subject)
class Broker(Subject):
"""Broker 类"""
def dispatch(self):
return None
def eof(self):
return None
def start(self):
pass
def stop(self):
pass
class Feed(Subject):
"""Feed类
1. 承载数据源
2. 通过数据驱动事件循环"""
def __init__(self, size):
self.__data = range(size)
self.__nextPos = 0
self.__event = Event()
def start(self):
pass
def stop(self):
pass
def dispatch(self):
value = self.__data[self.__nextPos]
self.__event.emit(value)
self.__nextPos += 1
return True
def getNewValueEvent(self):
return self.__event
def eof(self):
return self.__nextPos >= len(self.__data)
class Strategy(object):
def __init__(self, broker, feed):
self.__dispatcher = Dispatcher()
self.__feed = feed
self.__broker = broker
# 将策略的self.__onBars方法传入Feed的self.__event里面
# 当Feed调用dispatch方法的时候, 会指定self.__onBars函数
self.__feed.getNewValueEvent().subscribe(self.__onBars)
# 注意顺序,Feed对象必须在最后
self.__dispatcher.addSubject(self.__broker)
self.__dispatcher.addSubject(self.__feed)
def __onBars(self, value):
print("dispatch before.")
self.onBars(value)
print("dispatch after")
def onBars(self, value):
print("on Bar: {}".format(value))
def run(self):
self.__dispatcher.run()
if __name__ == '__main__':
feed = Feed(3)
broker = Broker()
myStrategy = Strategy(broker, feed)
myStrategy.run()
output:
dispatch before.
on Bar: 0
dispatch after
dispatch before.
on Bar: 1
dispatch after
dispatch before.
on Bar: 2
dispatch after
上面的代码主要说明策略的onBars方法是怎么被调用的。
关于Broker怎么被驱动，在后面讲解
- 策略中维护一个调度器dispatcher,当策略启动的时候, 调度器dipatcher启动, 并尝试调用feed,broker start方法.
- 不断调用feed, broker的dispatch方法, 判断是否结束, 如果结束, 则做结束动作, 调用feed, broker的stop方法
- feed对象在调用dispatch方法的时候, feed对象会触发自身维护的self._event. 而self._event在MyStrategy._init_方法中，通过self._feed.getNewValueEvent().subscribe(self._onBars)订阅了MyStrategy._onBars方法, 所以Feed对象每次dispatch的时候，MyStrategy._onBars都会被调用.
至此, Feed对象怎么驱动策略的逻辑已经清晰。
接下来，讲解BaseStrategy, BacktestingStrategy初始化过程
策略初始化
策略的继承链并不复杂, 所有策略的基类是BaseStartegy, BacktestingStrategy是提供给用户使用的策略，至少实现onBars函数则可以回测。
BaseStrategy, BacktestingStrategy的初始化源代码如下
pyalgotrade/pyalgotrade/strategy/__init__.py
class BaseStartegy(object):
def __init__(self, barFeed, broker):
# 绑定barFeed对象
self.__barFeed = barFeed
# 绑定broker对象
self.__broker = broker
# 交易相关的仓位
self.__activePositions = set()
# 订单处理顺序
self.__orderToPosition = {}
# bar被处理后的事件
self.__barsProcessedEvent = observer.Event()
# analyzer列表
self.__analyzers = []
# 命名的analyzer列表
self.__namedAnalyzers = {}
# 重新取样的feed对象列表
self.__resampledBarFeeds = []
# 调度器对象
self.__dispatcher = dispatcher.Dispatcher()
# broker的订单被更新时的事件, 订阅self.__onOrderEvent方法
self.__broker.getOrderUpdatedEvent().subscribe(self.__onOrderEvent)
# barfeed值被更新的时候的事件(当barfeed被调度的时候),订阅self.__onBars方法
self.__barFeed.getNewValuesEvent().subscribe(self.__onBars)
# 调度器的开始事件，订阅self.onStart方法
self.__dispatcher.getStartEvent().subscribe(self.onStart)
# 调度器的空闲事件, 订阅self.__onIdle方法
self.__dispatcher.getIdleEvent().subscribe(self.__onIdle)
# 分别将继承了Subject类的broker,barFeed对象加入到调度器的subject列表
self.__dispatcher.addSubject(self.__broker)
self.__dispatcher.addSubject(self.__barFeed)
# 日志级别的初始化
self.__logger = logger.getLogger(BaseStrategy.LOGGER_NAME)
class BacktestingStrategy(BaseStrategy):
# 默认初始化一个持有100w现金的虚拟账户
def __init__(self, barFeed, cash_or_brk=1000000):
# 如果没有传入cash_or_brk参数, 或者传入数值类型的值
# 则传入cash_or_brk,barFeed对象新建一个backtesting.Broker实例，并调用父类的__init__方法
# 如果传入的cash_or_brk参数值是backtesting.Broker的实例, 则直接使用
if isinstance(cash_or_brk, pyalgotrade.broker.Broker):
broker = cash_or_brk
else:
broker = backtesting.Broker(cash_or_brk, barFeed)
BaseStrategy.__init__(self, barFeed, broker)
# 默认self.__useAdjustedValue=False
self.__useAdjustedValues = False
# 配置日志参数
self.setUseEventDateTimeInLogs(True)
self.setDebugMode(True)
总的来说真正Strategy对象,barFeed对象,broker对象订阅了更多的事件, 以及更多的判断。但，内核都是调度器驱动着barFeed, broker对象不断的被调度(调用dispatch方法), 而barFeed对象会不断的从self._bars中取数据追加到self._ds对象中，并将取出来的数据提交的self._event中,而self._event订阅了Strategy.__onBars方法, 所以不断的驱动着Strategy的自定义策略(onBars里面定义的交易逻辑).
交易账户 Broker对象
在Strategy对象初始化时候, 会初始化一个虚拟的回测账户.
回测账户broker需要传入barfeed对象, 并在barfeed的event对象里面订阅自己的onBars函数，源码如下:
pyalgotrade/pyalgotrade/broker/__init__.py
class Broker(broker.Broker):
LOGGER_NAME = "broker.backtesting"
def __init__(self, cash, barFeed, commission=None):
super(Broker, self).__init__()
assert(cash >= 0)
self.__cash = cash
if commission is None:
self.__commission = NoCommission()
else:
self.__commission = commission
self.__shares = {}
self.__activeOrders = {}
self.__useAdjustedValues = False
# 持仓策略, 使用DefaultStrategy
# 使用DefaultStrategy.volumeLimit = 0.25
# 当交易订单的成交量大于当前bar的成交量的25%则不能成交
# 没有滑点
# 没有手续费
self.__fillStrategy = fillstrategy.DefaultStrategy()
self.__logger = logger.getLogger(Broker.LOGGER_NAME)
# 让barfeed对象订阅self.onBars方法
barFeed.getNewValuesEvent().subscribe(self.onBars)
self.__barFeed = barFeed
self.__allowNegativeCash = False
self.__nextOrderId = 1
由上可知，当barFeed对象数据更新的时候，还会调用BackTestBroker.onBars方法.
交易仓位 Position对象
当使用enterLong之类交易方法，则会返回一个Postion的对象，这个对象承载着当前各股的持仓比例，以及持有现金.
以enterLong方法说明持仓流程.
- 实例化一个LongPosition对象
- 调用broker的createMarketOrder方法创建一个MarketOrder.
- 注册order, 以便barFeed对象数据驱动的时候，使用该order
以exitMarket方法说明平仓流程.
- 使用Position对象的exitMarket方法提交平仓订单.
- 注册order, 以便barFeed对象数据驱动的时候，使用该order
源代码调用链太长....所以文字概括.
交易订单 Order对象
当我们买入或者卖出的时候，其实是提交一个订单给交易账户(broker), 交易账户会根据交易订单的类型,动作等相关信息执行相关的操作.
交易订单的类型参考: https://www.thebalance.com/understanding-stock-orders-3141318
一般有买入(做多), 卖出(做空)两种交易类型, 但是这两种类型成交的方式分别由市价成交, 限价成交.
所以一共由以下四种类型，对应Strategy的四个方法:
- enterLong 以市价(下一个Bar的开盘价)买入
- enterLongLimit 当市价(下一个Bar的开盘价)低于或等于指定的价格时买入
- enterShort 与enterLong相反
- enterShortLimit 与enterLongShort相反.
以enter开头是更加上层的方法, 建议使用.
goodTillCanceled为了适配实盘接口, 实盘接口可能有前一天的订单不会再执行的限制，所以设置goodTillCanceled=True保证第二天或者更后的时间，订单依然有效，直至手动取消.
除了提交交易订单还可以提交止损订单, 分别对应Strategy的两个方法.
- StopOrder 提交一个止损订单, 传入止损价格, 当价格突破止损价位, 以市价成交进行止损.
- StopLimitOrder 提交一个止损订单, 传入止损价格, 当价格突破止损价位, 并且价格在限定的价格区间才会止损.
每个提交的订单会到下一个事件循环才会判断条件是否符合，才会执行.
技术指标 EventBasedFilter对象
通过借助自定义指标或者自带的指标，如SMA,EMA,MACD等可以更全面的看待股票的走势以及信号.
下面是技术指标基类的初始化过程.
pyalgotrade/pyalgotrade/technical/__init__.py
class EventWindow(object):
"""数据实际承载类
数据保存在self__values里面
"""
def __init__(self, windowSize, dtype=float, skipNone=True):
assert(windowSize > 0)
assert(isinstance(windowSize, int))
self.__values = collections.NumPyDeque(windowSize, dtype)
self.__windowSize = windowSize
self.__skipNone = skipNone
def onNewValue(self, dateTime, value):
"""提供onNewValue方法将新的值传入"""
if value is not None or not self.__skipNone:
self.__values.append(value)
def getValues(self):
"""获取EventWindows的所有值"""
return self.__values.data()
def getWindowSize(self):
"""获取EventWindow Size"""
return self.__windowSize
def windowFull(self):
"""eventWindow是否已经填满"""
return len(self.__values) == self.__windowSize
def getValue(self):
"""子类须实现的类"""
raise NotImplementedError()
class EventBasedFilter(dataseries.SequenceDataSeries):
def __init__(self, dataSeries, eventWindow, maxLen=None):
super(EventBasedFilter, self).__init__(maxLen)
self.__dataSeries = dataSeries
# 当dataseries数据有新值的时候，调用self.__onNewValues方法
self.__dataSeries.getNewValueEvent().subscribe(self.__onNewValue)
self.__eventWindow = eventWindow
def __onNewValue(self, dataSeries, dateTime, value):
# 让EventWindow对象计算新值
self.__eventWindow.onNewValue(dateTime, value)
# 获取计算后的结果
newValue = self.__eventWindow.getValue()
# 将值保存到自身实例里面, 即self.__values
# 因为继承了dataseries.SequenceDataSeries类
# 而dataseries.SequenceDataSeries父类实现了__getitem__方法, 所以可以使用索引取值.
self.appendWithDateTime(dateTime, newValue)
def getDataSeries(self):
return self.__dataSeries
def getEventWindow(self):
return self.__eventWindow
在Feed对象初始过程中，会初始化两个比较重要的数据结构, 一个是self._bars, 一个是self._ds,在整个事件驱动中, 策略不停的从self_bars中取数据，然后使用appendWithDateTime方法将数据追加的self._ds里面。
源码如下:
pyalgotrade/pyalgotrade/dataseries/bards.py
# 首先调用BarDataSeries的appendWithDateTime方法
class BarDataSeries(dataseries.SequenceDataSeries):
def appendWithDateTime(self, dateTime, bar):
assert(dateTime is not None)
assert(bar is not None)
bar.setUseAdjustedValue(self.__useAdjustedValues)
super(BarDataSeries, self).appendWithDateTime(dateTime, bar)
self.__openDS.appendWithDateTime(dateTime, bar.getOpen())
self.__closeDS.appendWithDateTime(dateTime, bar.getClose())
self.__highDS.appendWithDateTime(dateTime, bar.getHigh())
self.__lowDS.appendWithDateTime(dateTime, bar.getLow())
self.__volumeDS.appendWithDateTime(dateTime, bar.getVolume())
self.__adjCloseDS.appendWithDateTime(dateTime, bar.getAdjClose())
# Process extra columns.
for name, value in bar.getExtraColumns().iteritems():
extraDS = self.__getOrCreateExtraDS(name)
extraDS.appendWithDateTime(dateTime, value)
pyalgotrade/dataseries/__init__.py
# 然后调用SequenceDataSeries对象的appendWithDateTime
# 在这个方法中提交数据更新的事件
class SequenceDataSeries(DataSeries):
def appendWithDateTime(self, dateTime, value):
"""
Appends a value with an associated datetime.
.. note::
If dateTime is not None, it must be greater than the last one.
"""
if dateTime is not None and len(self.__dateTimes) != 0 and self.__dateTimes[-1] >= dateTime:
raise Exception("Invalid datetime. It must be bigger than that last one")
assert(len(self.__values) == len(self.__dateTimes))
self.__dateTimes.append(dateTime)
self.__values.append(value)
self.getNewValueEvent().emit(self, dateTime, value)
小结
使用技术指标需要传入dataSeries对象, 可以通过getPriceDataSeries, getOpenDataSeries等获得.
创建策略
由于上面已经有完整版本的代码，这里做一定的删减, 并做注解.
# 集成strategy.BacktestingStrategy类
class MyStrategy(strategy.BacktestingStrategy):
def __init__(self, feed, instrument, smaPeriod):
# 调用父类__init__方法
super(MyStrategy, self).__init__(feed, 1000)
# 初始情况下，postion设置为零, postion一般只持仓比例
self.__position = None
# 股票代码
self.__instrument = instrument
# We'll use adjusted close values instead of regular close values.
# 是否使用复权收盘价
self.setUseAdjustedValues(True)
# 初始化策略指标
self.__sma = ma.SMA(feed[instrument].getPriceDataSeries(), smaPeriod)
# 省略其他钩子函数
# 必须实现的onBars函数,用于买卖的主要逻辑
def onBars(self, bars):
# 如果没有简单移动平均值则什么都不做
if self.__sma[-1] is None:
return
# 取出指定股票代码的bar对象
bar = bars[self.__instrument]
# 如果postion is None，即持仓为0
if self.__position is None:
# 如果收盘价大于简单移动平均值则买入
if bar.getPrice() > self.__sma[-1]:
# 买入,enterLong=做多
self.__position = self.enterLong(self.__instrument, 10, True)
# 反之卖出
elif bar.getPrice() < self.__sma[-1] and not self.__position.exitActive():
self.__position.exitMarket()
总结
BarFeed像是PyalgoTrade中的燃料，不断的供给给策略的Dispatcher调度器, 使整个策略不断运行，直至没有燃料(没有新的数据.)
BarFeed使数据源的一个抽象，里面保存着两个重要的数据结构, self._bars, self._ds.
self.__bars是key为股票代码, value是元素为bar数据对象的列表的字典.
self.__ds为BarDataSeries对象.
Broker维护着虚拟账户里面的现金以及相关股票的仓位.接收订单并实时的处理订单, 计算收益等.
Position为股票仓位持有情况的对象, 提供交易的相关接口.
EventBasedFilter为技术指标, 可以计算相关指标如MACD, SMA等, 也可以自定义自己的技术指标.
Strategy为自定义策略,只需实现onBars函数即可完成买卖逻辑, 将Broker,Position相关接口放在Strategy实例方法里面, 同一调用接口.
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