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Support Vector Regression을 이용한 GARCH 모형의 추정과 투자전략의 성과분석
Estimation of GARCH Models and Performance Analysis of Volatility Trading System using Support Vector Regression 원문보기

지능정보연구 = Journal of intelligence and information systems, v.23 no.2, 2017년, pp.107 - 122  

김선웅 (국민대학교 비즈니스IT전문대학원) ,  최흥식 (국민대학교 비즈니스IT전문대학원)

초록
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주식시장의 주가 수익률에 나타나는 변동성은 투자 위험의 척도로서 재무관리의 이론적 모형에서뿐만 아니라 포트폴리오 최적화, 증권의 가격 평가 및 위험관리 등 투자 실무 영역에서도 매우 중요한 역할을 하고 있다. 변동성은 주가 수익률이 평균을 중심으로 얼마나 큰 폭의 움직임을 보이는가를 판단하는 지표로서 보통 수익률의 표준편차로 측정한다. 관찰 가능한 표준편차는 과거의 주가 움직임에서 측정되는 역사적 변동성(historical volatility)이다. 역사적 변동성이 미래의 주가 수익률의 변동성을 예측하려면 변동성이 시간 불변적(time-invariant)이어야 한다. 그러나 대부분의 변동성 연구들은 변동성이 시간 가변적(time-variant)임을 보여주고 있다. 이에 따라 시간 가변적 변동성을 예측하기 위한 여러 계량 모형들이 제안되었다. Engle(1982)은 변동성의 시간 가변적 특성을 잘 반영하는 변동성 모형인 Autoregressive Conditional Heteroscedasticity(ARCH)를 제안하였으며, Bollerslev(1986) 등은 일반화된 ARCH(GARCH) 모형으로 발전시켰다. GARCH 모형의 실증 분석 연구들은 실제 증권 수익률에 나타나는 두터운 꼬리 분포 특성과 변동성의 군집현상(clustering)을 잘 설명하고 있다. 일반적으로 GARCH 모형의 모수는 가우스분포로부터 추출된 자료에서 최적의 성과를 보이는 로그우도함수에 대한 최우도추정법에 의하여 추정되고 있다. 그러나 1987년 소위 블랙먼데이 이후 주식 시장은 점점 더 복잡해지고 시장 변수들이 많은 잡음(noise)을 띠게 됨에 따라 변수의 분포에 대한 엄격한 가정을 요구하는 최우도추정법의 대안으로 인공지능모형에 대한 관심이 커지고 있다. 본 연구에서는 주식 시장의 주가 수익률에 나타나는 변동성의 예측 모형인 GARCH 모형의 모수추정방법으로 지능형 시스템인 Support Vector Regression 방법을 제안한다. SVR은 Vapnik에 의해 제안된 Support Vector Machines와 같은 원리를 회귀분석으로 확장한 모형으로서 Vapnik의 e-insensitive loss function을 이용하여 비선형 회귀식의 추정이 가능해졌다. SVM을 이용한 회귀식 SVR은 두터운 꼬리 분포를 보이는 주식시장의 변동성과 같은 관찰치에서도 우수한 추정 성능을 보인다. 2차 손실함수를 사용하는 기존의 최소자승법은 부최적해로서 추정 오차가 확대될 수 있다. Vapnik의 손실함수에서는 입실론 범위내의 예측 오차는 무시하고 큰 예측 오차만 손실로 처리하기 때문에 구조적 위험의 최소화를 추구하게 된다. 금융 시계열 자료를 분석한 많은 연구들은 SVR의 우수성을 보여주고 있다. 본 연구에서는 주가 변동성의 분석 대상으로서 KOSPI 200 주가지수를 사용한다. KOSPI 200 주가지수는 한국거래소에 상장된 우량주 중 거래가 활발하고 업종을 대표하는 200 종목으로 구성된 업종 대표주들의 포트폴리오이다. 분석 기간은 2010년부터 2015년까지의 6년 동안이며, 거래일의 일별 주가지수 종가 자료를 사용하였고 수익률 계산은 주가지수의 로그 차분값으로 정의하였다. KOSPI 200 주가지수의 일별 수익률 자료의 실증분석을 통해 기존의 Maximum Likelihood Estimation 방법과 본 논문이 제안하는 지능형 변동성 예측 모형의 예측성과를 비교하였다. 주가지수 수익률의 일별 자료 중 학습구간에서 대칭 GARCH 모형과 E-GARCH, GJR-GARCH와 같은 비대칭 GARCH 모형에 대하여 모수를 추정하고, 검증 구간 데이터에서 변동성 예측의 성과를 비교하였다. 전체 분석기간 1,487일 중 학습 기간은 1,187일, 검증 기간은 300일 이다. MLE

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Volatility in the stock market returns is a measure of investment risk. It plays a central role in portfolio optimization, asset pricing and risk management as well as most theoretical financial models. Engle(1982) presented a pioneering paper on the stock market volatility that explains the time-va...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 주식 시장의 변동성 예측모형인 GARCH 모형의 새로운 추정방법으로 지능형 변동성 예측시스템을 제안하고, 한국의 KOSPI 200 주가지수에 적용하여 기존의 MLE 방법과의 예측성과를 비교하였다. 분석 결과는 주식시장의 변동성과 같은 금융 시계열자료의 비선형적 특성으로 인해 비모수 모형으로서 함수 형태를 특정하지 않고 분포에 대한 사전적 가정 없이 학습과정을 통해 최적의 적합모형을 찾는 SVR 모형 의 우수성을 보여주고 있다.
  • 본 연구는 주식시장의 변동성을 예측하기 위한 GARCH 모형의 모수를 추정하기 위해 MLE 대신 SVM을 이용하는 변동성의 지능형 예측시스템을 제안하고, 한국의 주식시장에서의 데이터 분석을 통해 제안된 지능형 GARCH 모형의 예측 성능을 실증 분석하고자 한다. GARCH 모형의 모수 추정을 위한 SVM 모형은 SVM의 회귀분석 모형인 Support Vector Regressor(SVR)을 이용한다.
  • 본 연구는 한국의 주식시장을 대표하는 주식 200종목을 이용하여 산출되는 KOSPI 200 주가 지수의 2010년 1월 4일부터 2015년 12월 30일까지의 1,487일 동안의 일별 종가 자료로부터 수익률을 계산하고, 이를 이용하여 GARCH 모형을 추정하고 변동성을 예측하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SVM은 무엇인가? SVM은 러시아의 통계학자인 Vapnik(1995)이 처음 제안한 인공신경망 분류기법으로 기존의 인공신경망과 유사한 기계학습방법이면서도 복잡한 비선형 관계를 갖는 주식 시장의 변동성 예측과 같은 문제를 해결하는 데 적합한 분류기법이다. 경험적 위험 최소화(empirical risk minimization)를 추구하는 전통적 인공신경망모형과 달리, SVM은 구조적 위험 최소화(structural risk minimization)를 통해 더 우수한 일반화 성과를 보여준다.
주식시장에서 변동성은 어떤 지표인가? 주식시장에서 변동성(volatility)은 주가 수익률이 평균을 중심으로 변동하는 정도를 측정하는 지표로서 재무관리의 이론적 모형에서 뿐만 아니라 포트폴리오 최적화, 증권가격 평가 및 위험 관리 영역 등 실무 영역에서도 매우 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 변동성에 대한 독창적인 재무경제학적 모형은 Engle(1982)에 의해서 Autoregressive Conditional Heteroscedasticity (ARCH) 모형으로 탄생되었다.
MLE 방법의 문제점은 무엇인가? MLE 방법은 통계적으로 추정하기 쉽고 결과에 대한 통계적 해석이 용이하다. 이러한 장점으로 인해 MLE가 많은 영역에서 활용되고 있지만, 주가변동과정에 대한 이론적 함수 형태(theoretical functional form)와 잔차항의 분포에 대한 가정을 필요로 하기 때문에 두터운 꼬리분포나 급첨도(leptokurtosis)가 존재하는 주가 수익률의 경우 불안정한 결과를 초래하는 경향이 있다(Seo and Lee, 2015). 특히, 1987년 블랙먼데이와 같은 다양한 시장 변화를 겪으면서, 시장은 점점 더 복잡해지고 시장 변수들이 많은 잡음(noise)을 띠게 됨에 따라 변수의 분포에 대한 엄격한 가정을 요구하는 모수적 계량경제학 모형들의 한계점은 더욱 커지고 있다(Roh et al.
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참고문헌 (25)

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  20. Seo, B. and T. Lee, "A new algorithm for maximum likelihood estimation in normal scale-mixture generalized autoregressive conditional heteroskedastic models," Journal of Statistical Computation and Simulation, Vol.85 (2015), 202-215. 

  21. Tay, F. and L. Cao, "Application of support vector machines in financial time series forecasting," Omega, Vol.29 (2001), 309-317. 

  22. Vapnik, V., Estimation of Dependences based on Empirical Data, Springer Series in Statistics, 1982. 

  23. Vapnik, V., The Nature of Statistical Learning Theory, Springer Verlag, 1995. 

  24. Vapnik, V., Statistical Learning Theory, Wiley, 1998. 

  25. Vapnik, V., S. Golowich, and A. Smola, "Support vector method for function approximation, regression estimation, and signal processing," Advances in Neural Information Processing Systems, 1996. 

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