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CTA回测模块
CTA回测模块是基于PyQt5和pyqtgraph的图形化回测工具。启动VN Trader后，在菜单栏中点击“功能-> CTA回测”即可进入该图形化回测界面，如下图。CTA回测模块主要实现3个功能：历史行情数据的下载、策略回测、参数优化、K线图表买卖点展示。
加载启动
进入图形化回测界面“CTA回测”后，会立刻完成初始化工作：初始化回测引擎、初始化RQData客户端。
def init_engine(self):
""""""
self.write_log("初始化CTA回测引擎")
self.backtesting_engine = BacktestingEngine()
# Redirect log from backtesting engine outside.
self.backtesting_engine.output = self.write_log
self.write_log("策略文件加载完成")
self.init_rqdata()
def init_rqdata(self):
"""
Init RQData client.
"""
result = rqdata_client.init()
if result:
self.write_log("RQData数据接口初始化成功")
下载数据
在开始策略回测之前，必须保证数据库内有充足的历史数据。故vnpy提供了历史数据一键下载的功能。
RQData
RQData提供国内股票、ETF、期货以及期权的历史数据。 其下载数据功能主要是基于RQData的get_price()函数实现的。
get_price(
order_book_ids, start_date='2013-01-04', end_date='2014-01-04',
frequency='1d', fields=None, adjust_type='pre', skip_suspended =False,
market='cn'
)
在使用前要保证RQData初始化完毕，然后填写以下4个字段信息：
- 本地代码：格式为合约品种+交易所，如IF88.CFFEX、rb88.SHFE；然后在底层通过RqdataClient的to_rq_symbol()函数转换成符合RQData格式，对应RQData中get_price()函数的order_book_ids字段。
- K线周期：可以填1m、1h、d、w，对应get_price()函数的frequency字段。
- 开始日期：格式为yy/mm/dd，如2017/4/21，对应get_price()函数的start_date字段。（点击窗口右侧箭头按钮可改变日期大小）
- 结束日期：格式为yy/mm/dd，如2019/4/22，对应get_price()函数的end_date字段。（点击窗口右侧箭头按钮可改变日期大小）
填写完字段信息后，点击下方“下载数据”按钮启动下载程序，下载成功如图所示。
IB
盈透证券提供外盘股票、期货、期权的历史数据。 下载前必须连接好IB接口，因为其下载数据功能主要是基于IbGateway类query_history()函数实现的。
def query_history(self, req: HistoryRequest):
""""""
self.history_req = req
self.reqid += 1
ib_contract = Contract()
ib_contract.conId = str(req.symbol)
ib_contract.exchange = EXCHANGE_VT2IB[req.exchange]
if req.end:
end = req.end
end_str = end.strftime("%Y%m%d %H:%M:%S")
else:
end = datetime.now()
end_str = ""
delta = end - req.start
days = min(delta.days, 180) # IB only provides 6-month data
duration = f"{days} D"
bar_size = INTERVAL_VT2IB[req.interval]
if req.exchange == Exchange.IDEALPRO:
bar_type = "MIDPOINT"
else:
bar_type = "TRADES"
self.client.reqHistoricalData(
self.reqid,
ib_contract,
end_str,
duration,
bar_size,
bar_type,
1,
1,
False,
[]
)
self.history_condition.acquire() # Wait for async data return
self.history_condition.wait()
self.history_condition.release()
history = self.history_buf
self.history_buf = [] # Create new buffer list
self.history_req = None
return history
BITMEX
BITMEX交易所提供数字货币历史数据。 由于仿真环境与实盘环境行情差异比较大，故需要用实盘账号登录BIMEX接口来下载真实行情数据，其下载数据功能主要是基于BitmexGateway类query_history()函数实现的。
def query_history(self, req: HistoryRequest):
""""""
if not self.check_rate_limit():
return
history = []
count = 750
start_time = req.start.isoformat()
while True:
# Create query params
params = {
"binSize": INTERVAL_VT2BITMEX[req.interval],
"symbol": req.symbol,
"count": count,
"startTime": start_time
}
# Add end time if specified
if req.end:
params["endTime"] = req.end.isoformat()
# Get response from server
resp = self.request(
"GET",
"/trade/bucketed",
params=params
)
# Break if request failed with other status code
if resp.status_code // 100 != 2:
msg = f"获取历史数据失败，状态码：{resp.status_code}，信息：{resp.text}"
self.gateway.write_log(msg)
break
else:
data = resp.json()
if not data:
msg = f"获取历史数据为空，开始时间：{start_time}，数量：{count}"
break
for d in data:
dt = datetime.strptime(
d["timestamp"], "%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%fZ")
bar = BarData(
symbol=req.symbol,
exchange=req.exchange,
datetime=dt,
interval=req.interval,
volume=d["volume"],
open_price=d["open"],
high_price=d["high"],
low_price=d["low"],
close_price=d["close"],
gateway_name=self.gateway_name
)
history.append(bar)
begin = data[0]["timestamp"]
end = data[-1]["timestamp"]
msg = f"获取历史数据成功，{req.symbol} - {req.interval.value}，{begin} - {end}"
self.gateway.write_log(msg)
# Break if total data count less than 750 (latest date collected)
if len(data) < 750:
break
# Update start time
start_time = bar.datetime + TIMEDELTA_MAP[req.interval]
return history
策略回测
下载完历史数据后，需要配置以下字段：交易策略、手续费率、交易滑点、合约乘数、价格跳动、回测资金。 这些字段主要对应BacktesterEngine类的run_backtesting函数。
若数据库已存在历史数据，无需重复下载，直接从本地数据库中导入数据进行回测。注意，vt_symbol的格式为品种代码.交易所的形式，如IF1908.CFFEX，导入时会自动将其分割为品种和交易所两部分
def run_backtesting(
self, class_name: str, vt_symbol: str, interval: str, start: datetime,
end: datetime, rate: float, slippage: float, size: int, pricetick: float,
capital: int, setting: dict
)：
点击下方的“开始回测”按钮可以开始回测： 首先会弹出如图所示的参数配置窗口，用于调整策略参数。该设置对应的是run_backtesting()函数的setting字典。
点击“确认”按钮后开始运行回测，同时日志界面会输出相关信息，如图。
回测完成后会显示统计数字图表。
统计数据
用于显示回测完成后的相关统计数值, 如结束资金、总收益率、夏普比率、收益回撤比。
图表分析
以下四个图分别是代表账号净值、净值回撤、每日盈亏、盈亏分布。
K线图
K线图是基于PyQtGraph开发的，整个模块由以下五大组件构成：
- BarManager：K线序列数据管理工具
- ChartItem：基础图形类，继承实现后可以绘制K线、成交量、技术指标等
- DatetimeAxis：针对K线时间戳设计的定制坐标轴
- ChartCursor：十字光标控件，用于显示特定位置的数据细节
- ChartWidget：包含以上所有部分，提供单一函数入口的绘图组件
在回测完毕后，点击“K线图表”按钮即可显示历史K线行情数据（默认1分钟），并且标识有具体的买卖点位，如下图。
参数优化
vnpy提供2种参数优化的解决方案：穷举算法、遗传算法
穷举算法
穷举算法原理：
- 输入需要优化的参数名、优化区间、优化步进，以及优化目标。
def add_parameter(
self, name: str, start: float, end: float = None, step: float = None
):
""""""
if not end and not step:
self.params[name] = [start]
return
if start >= end:
print("参数优化起始点必须小于终止点")
return
if step <= 0:
print("参数优化步进必须大于0")
return
value = start
value_list = []
while value <= end:
value_list.append(value)
value += step
self.params[name] = value_list
def set_target(self, target_name: str):
""""""
self.target_name = target_name
- 形成全局参数组合, 数据结构为[{key: value, key: value}, {key: value, key: value}]。
def generate_setting(self):
""""""
keys = self.params.keys()
values = self.params.values()
products = list(product(*values))
settings = []
for p in products:
setting = dict(zip(keys, p))
settings.append(setting)
return settings
- 遍历全局中的每一个参数组合：遍历的过程即运行一次策略回测，并且返回优化目标数值；然后根据目标数值排序，输出优化结果。
def run_optimization(self, optimization_setting: OptimizationSetting, output=True):
""""""
# Get optimization setting and target
settings = optimization_setting.generate_setting()
target_name = optimization_setting.target_name
if not settings:
self.output("优化参数组合为空，请检查")
return
if not target_name:
self.output("优化目标未设置，请检查")
return
# Use multiprocessing pool for running backtesting with different setting
pool = multiprocessing.Pool(multiprocessing.cpu_count())
results = []
for setting in settings:
result = (pool.apply_async(optimize, (
target_name,
self.strategy_class,
setting,
self.vt_symbol,
self.interval,
self.start,
self.rate,
self.slippage,
self.size,
self.pricetick,
self.capital,
self.end,
self.mode
)))
results.append(result)
pool.close()
pool.join()
# Sort results and output
result_values = [result.get() for result in results]
result_values.sort(reverse=True, key=lambda result: result[1])
if output:
for value in result_values:
msg = f"参数：{value[0]}, 目标：{value[1]}"
self.output(msg)
return result_values
注意：可以使用multiprocessing库来创建多进程实现并行优化。例如：若用户计算机是2核，优化时间为原来1/2；若计算机是10核，优化时间为原来1/10。
穷举算法操作：
- 点击“参数优化”按钮，会弹出“优化参数配置”窗口，用于设置优化目标（如最大化夏普比率、最大化收益回撤比）和设置需要优化的参数以及优化区间，如图。
- 设置好需要优化的参数后，点击“优化参数配置”窗口下方的“确认”按钮开始进行调用CPU多核进行多进程并行优化，同时日志会输出相关信息。
- 点击“优化结果”按钮可以看出优化结果，如图的参数组合是基于目标数值（夏普比率）由高到低的顺序排列的。
遗传算法
遗传算法原理：
-
输入需要优化的参数名、优化区间、优化步进，以及优化目标；
-
形成全局参数组合，该组合的数据结构是列表内镶嵌元组，即(key, value), (key, value)] , [(key, value), (key,value)，与穷举算法的全局参数组合的数据结构不同。这样做的目的是有利于参数间进行交叉互换和变异。
def generate_setting_ga(self):
""""""
settings_ga = []
settings = self.generate_setting()
for d in settings:
param = [tuple(i) for i in d.items()]
settings_ga.append(param)
return settings_ga
- 形成个体：调用random()函数随机从全局参数组合中获取参数。
def generate_parameter():
""""""
return random.choice(settings)
- 定义个体变异规则: 即发生变异时，旧的个体完全被新的个体替代。
def mutate_individual(individual, indpb):
""""""
size = len(individual)
paramlist = generate_parameter()
for i in range(size):
if random.random() < indpb:
individual[i] = paramlist[i]
return individual,
- 定义评估函数：入参的是个体，即[(key, value), (key, value)]形式的参数组合，然后通过dict()转化成setting字典，然后运行回测，输出目标优化数值，如夏普比率、收益回撤比。(注意，修饰器@lru_cache作用是缓存计算结果，避免遇到相同的输入重复计算，大大降低运行遗传算法的时间)
@lru_cache(maxsize=1000000)
def _ga_optimize(parameter_values: tuple):
""""""
setting = dict(parameter_values)
result = optimize(
ga_target_name,
ga_strategy_class,
setting,
ga_vt_symbol,
ga_interval,
ga_start,
ga_rate,
ga_slippage,
ga_size,
ga_pricetick,
ga_capital,
ga_end,
ga_mode
)
return (result[1],)
def ga_optimize(parameter_values: list):
""""""
return _ga_optimize(tuple(parameter_values))
- 运行遗传算法：调用deap库的算法引擎来运行遗传算法，其具体流程如下。 1）先定义优化方向，如夏普比率最大化； 2）然后随机从全局参数组合获取个体，并形成族群； 3）对族群内所有个体进行评估（即运行回测），并且剔除表现不好个体； 4）剩下的个体会进行交叉或者变异，通过评估和筛选后形成新的族群；（到此为止是完整的一次种群迭代过程）； 5）多次迭代后，种群内差异性减少，整体适应性提高，最终输出建议结果。该结果为帕累托解集，可以是1个或者多个参数组合。
注意：由于用到了@lru_cache, 迭代中后期的速度回提高非常多，因为很多重复的输入都避免了再次的回测，直接在内存中查询并且返回计算结果。
from deap import creator, base, tools, algorithms
creator.create("FitnessMax", base.Fitness, weights=(1.0,))
creator.create("Individual", list, fitness=creator.FitnessMax)
......
# Set up genetic algorithem
toolbox = base.Toolbox()
toolbox.register("individual", tools.initIterate, creator.Individual, generate_parameter)
toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual)
toolbox.register("mate", tools.cxTwoPoint)
toolbox.register("mutate", mutate_individual, indpb=1)
toolbox.register("evaluate", ga_optimize)
toolbox.register("select", tools.selNSGA2)
total_size = len(settings)
pop_size = population_size # number of individuals in each generation
lambda_ = pop_size # number of children to produce at each generation
mu = int(pop_size * 0.8) # number of individuals to select for the next generation
cxpb = 0.95 # probability that an offspring is produced by crossover
mutpb = 1 - cxpb # probability that an offspring is produced by mutation
ngen = ngen_size # number of generation
pop = toolbox.population(pop_size)
hof = tools.ParetoFront() # end result of pareto front
stats = tools.Statistics(lambda ind: ind.fitness.values)
np.set_printoptions(suppress=True)
stats.register("mean", np.mean, axis=0)
stats.register("std", np.std, axis=0)
stats.register("min", np.min, axis=0)
stats.register("max", np.max, axis=0)
algorithms.eaMuPlusLambda(
pop,
toolbox,
mu,
lambda_,
cxpb,
mutpb,
ngen,
stats,
halloffame=hof
)
# Return result list
results = []
for parameter_values in hof:
setting = dict(parameter_values)
target_value = ga_optimize(parameter_values)[0]
results.append((setting, target_value, {}))
return results