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时间序列分析工具箱——tidyquant
本文翻译自《Demo Week: class(Monday) <- tidyquant》
原文链接：http://www.business-science.io/code-tools/2017/10/23/demo_week_tidyquant.html
tidyquant 的用途
使用 tidyquant 的六大理由：
- 直接从 Yahoo! Finance、FRED Database、Quandl 等数据源获得网络数据
- 简化 xts、zoo、quantmod、TTR 和 PerformanceAnalytics 中金融及时间序列函数的调用
- 可视化: 漂亮的主题以及针对金融的 geom（例如
geom_ma） - 构建投资组合
- 财务分析以及投资组合归因方法
- 为金融与时间序列分析提供坚实的基础：
tidyquant会自动加载tidyverse和各种金融、时间序列分析包，这使得它成为任何金融或时间序列分析的理想起点。
该教程将会介绍前两个主题。其他主题请查看 tidyquant 的文档。
加载包
请先安装 tidyquant：
# Install libraries
install.packages("tidyquant")
加载 tidyquant。
# Load libraries
library(tidyquant) # Loads tidyverse, financial pkgs, used to get and manipulate data
tq_get：获得数据
使用 tq_get() 获得网络数据。tidyquant 提供了大量 API 用于连接包括 Yahoo! Finance、FRED Economic Database、Quandl 等等在内的数据源。
从 Yahoo! Finance 获得股票数据
将一列股票代码传入 tq_get()，同时设置 get = "stock.prices"。可以添加 from 和 to 参数设置数据的起始和结束日期。
# Get Stock Prices from Yahoo! Finance
# Create a vector of stock symbols
FANG_symbols <- c("FB", "AMZN", "NFLX", "GOOG")
# Pass symbols to tq_get to get daily prices
FANG_data_d <- FANG_symbols %>%
tq_get(
get = "stock.prices",
from = "2014-01-01", to = "2016-12-31")
# Show the result
FANG_data_d
## # A tibble: 3,024 x 8
## symbol date open high low close volume adjusted
## <chr> <date> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 FB 2014-01-02 54.83 55.22 54.19 54.71 43195500 54.71
## 2 FB 2014-01-03 55.02 55.65 54.53 54.56 38246200 54.56
## 3 FB 2014-01-06 54.42 57.26 54.05 57.20 68852600 57.20
## 4 FB 2014-01-07 57.70 58.55 57.22 57.92 77207400 57.92
## 5 FB 2014-01-08 57.60 58.41 57.23 58.23 56682400 58.23
## 6 FB 2014-01-09 58.65 58.96 56.65 57.22 92253300 57.22
## 7 FB 2014-01-10 57.13 58.30 57.06 57.94 42449500 57.94
## 8 FB 2014-01-13 57.91 58.25 55.38 55.91 63010900 55.91
## 9 FB 2014-01-14 56.46 57.78 56.10 57.74 37503600 57.74
## 10 FB 2014-01-15 57.98 58.57 57.27 57.60 33663400 57.60
## # ... with 3,014 more rows
可以使用 ggplot2 画出上述结果。使用 tidyquant 提供的主题（调用 theme_tq() 和 scale_color_tq()）实现金融、商务风格的可视化效果。
# Plot data
FANG_data_d %>%
ggplot(aes(x = date, y = adjusted, color = symbol)) +
geom_line() +
facet_wrap(~ symbol, ncol = 2, scales = "free_y") +
theme_tq() +
scale_color_tq() +
labs(title = "Visualize Financial Data")
从 FRED 获得经济数据
下面的例子来自房地美副首席经济学家 Leonard Kieffer 近期的文章——《A (TIDYQUANT)UM OF SOLACE》。我们将使用 tq_get() 并设置参数 get = "economic.data" 来从 FRED 经济数据库获取数据。
将一列 FRED 代码传递到 tq_get()。
# Economic Data from the FRED
# Create a vector of FRED symbols
FRED_symbols <- c('ETOTALUSQ176N', # All housing units
'EVACANTUSQ176N', # Vacant
'EYRVACUSQ176N', # Year-round vacant
'ERENTUSQ176N') # Vacant for rent
# Pass symbols to tq_get to get economic data
FRED_data_m <- FRED_symbols %>%
tq_get(get="economic.data", from = "2001-04-01")
# Show results
FRED_data_m
## # A tibble: 260 x 3
## symbol date price
## <chr> <date> <int>
## 1 ETOTALUSQ176N 2001-04-01 117786
## 2 ETOTALUSQ176N 2001-07-01 118216
## 3 ETOTALUSQ176N 2001-10-01 118635
## 4 ETOTALUSQ176N 2002-01-01 119061
## 5 ETOTALUSQ176N 2002-04-01 119483
## 6 ETOTALUSQ176N 2002-07-01 119909
## 7 ETOTALUSQ176N 2002-10-01 120350
## 8 ETOTALUSQ176N 2003-01-01 120792
## 9 ETOTALUSQ176N 2003-04-01 121233
## 10 ETOTALUSQ176N 2003-07-01 121682
## # ... with 250 more rows
和金融数据一样，使用 ggplot2 画图，使用 tidyquant 提供的主题（调用 theme_tq() 和 scale_color_tq()）实现金融、商务风格的可视化效果。
# Plot data
FRED_data_m %>%
ggplot(aes(x = date, y = price, color = symbol)) +
geom_line() +
facet_wrap(~ symbol, ncol = 2, scales = "free_y") +
theme_tq() +
scale_color_tq() +
labs(title = "Visualize Economic Data")
使用 tq_transmute 和 tq_mutate 转换数据
函数 tq_transmute() 和 tq_mutate() 可以使 xts、zoo 和 quantmod 中的函数调用更“tidy”。这里直接介绍使用，“可用函数”一节罗列了已经整合进 tidyquant 的若干其他函数。
tq_transmute
tq_transmute() 与 tq_mutate() 之间的区别在于 tq_transmute() 将返回一个新的数据框对象，而 tq_mutate() 则在原有数据框的基础上横向添加数据（例如，增加一列）。当数据因为改变周期而改变行数时，tq_transmute() 特别有用。
改变周期与 tq_transmute
下面的例子将改变数据的周期，从每日数据变为月度数据。这时，你需要使用 tq_transmute() 来完成这一操作，因为数据的行数改变了。
# Change periodicity from daily to monthly using to.period from xts
FANG_data_m <- FANG_data_d %>%
group_by(symbol) %>%
tq_transmute(
select = adjusted,
mutate_fun = to.period,
period = "months")
FANG_data_m
## # A tibble: 144 x 3
## # Groups: symbol [4]
## symbol date adjusted
## <chr> <date> <dbl>
## 1 FB 2014-01-31 62.57
## 2 FB 2014-02-28 68.46
## 3 FB 2014-03-31 60.24
## 4 FB 2014-04-30 59.78
## 5 FB 2014-05-30 63.30
## 6 FB 2014-06-30 67.29
## 7 FB 2014-07-31 72.65
## 8 FB 2014-08-29 74.82
## 9 FB 2014-09-30 79.04
## 10 FB 2014-10-31 74.99
## # ... with 134 more rows
改变数据周期可以缩减数据量。一些注意事项项：
theme_tq()和scale_color_tq()用来绘制商务风格的图。- 如果要改变数据的周期或者进行其他基于时间的操作，请留意后续关于
tibbletime包的教程，tibbletime以另外一种标准处理基于时间的操作。
周期改变前，数据太多
# Daily data
FANG_data_d %>%
ggplot(aes(date, adjusted, color = symbol)) +
geom_point() +
geom_line() +
facet_wrap(~ symbol, ncol = 2, scales = "free_y") +
scale_color_tq() +
theme_tq() +
labs(title = "Before transformation: Too Much Data")
周期改变后，容易理解
用 tq_transmute() 转变成月度数据后容易理解多了。
# Monthly data
FANG_data_m %>%
ggplot(aes(date, adjusted, color = symbol)) +
geom_point() +
geom_line() +
facet_wrap(~ symbol, ncol = 2, scales = "free_y") +
scale_color_tq() +
theme_tq() +
labs(title = "After transformation: Easier to Understand")
tq_mutate
tq_mutate() 函数基于 xts 包为数据添加新的列。正因为这样，当返回数据不止一列时，tq_mutate() 显得特别有用（dplyr::mutate() 就没有这样的功能）。
tq_mutate 与滞后数据
一个关于 lag.xts 的例子。通常我们需要不只一列滞后数据，这正是 tq_mutate() 擅长的。下面，为原数据添加五列滞后数据。
# Lags - Get first 5 lags
# Pro Tip: Make the new column names first, then add to the `col_rename` arg
column_names <- paste0("lag", 1:5)
# First five lags are output for each group of symbols
FANG_data_d %>%
select(symbol, date, adjusted) %>%
group_by(symbol) %>%
tq_mutate(
select = adjusted,
mutate_fun = lag.xts,
k = 1:5,
col_rename = column_names)
## # A tibble: 3,024 x 8
## # Groups: symbol [4]
## symbol date adjusted lag1 lag2 lag3 lag4 lag5
## <chr> <date> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 FB 2014-01-02 54.71 NA NA NA NA NA
## 2 FB 2014-01-03 54.56 54.71 NA NA NA NA
## 3 FB 2014-01-06 57.20 54.56 54.71 NA NA NA
## 4 FB 2014-01-07 57.92 57.20 54.56 54.71 NA NA
## 5 FB 2014-01-08 58.23 57.92 57.20 54.56 54.71 NA
## 6 FB 2014-01-09 57.22 58.23 57.92 57.20 54.56 54.71
## 7 FB 2014-01-10 57.94 57.22 58.23 57.92 57.20 54.56
## 8 FB 2014-01-13 55.91 57.94 57.22 58.23 57.92 57.20
## 9 FB 2014-01-14 57.74 55.91 57.94 57.22 58.23 57.92
## 10 FB 2014-01-15 57.60 57.74 55.91 57.94 57.22 58.23
## # ... with 3,014 more rows
tq_mutate 与滚动函数
另一个例子，应用 xts 中的滚动函数 roll.apply()。让我们借助函数 quantile() 得到滚动分位数。下面是每个函数的参数：
tq_mutate 的参数：
select = adjusted，只选择复权修正过的数据列。该参数也可以不填，或选择其他不同的列。mutate_fun = rollapply，这是一个xts函数，将会以 “tidy” 的方式（分组）调用。
rollapply 的参数：
width = 5，告诉rollapply计算窗口的周期（长度）是多少。by.column = FALSE，rollapply()函数默认对每一列分别操作，然而我们要把所有列放在一起操作。FUN = quantile，quantile()正是要被滚动调用的函数。
quantile 的参数：
probs = c(0, 0.025, ...)，计算这些概率的分位数。na.rm = TRUE，quantile会去掉遇到的NA值。
# Rolling quantile
FANG_data_d %>%
select(symbol, date, adjusted) %>%
group_by(symbol) %>%
tq_mutate(
select = adjusted,
mutate_fun = rollapply,
width = 5,
by.column = FALSE,
FUN = quantile,
probs = c(0, 0.025, 0.25, 0.5, 0.75, 0.975, 1),
na.rm = TRUE)
## # A tibble: 3,024 x 10
## # Groups: symbol [4]
## symbol date adjusted X0. X2.5. X25. X50. X75. X97.5.
## <chr> <date> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 FB 2014-01-02 54.71 NA NA NA NA NA NA
## 2 FB 2014-01-03 54.56 NA NA NA NA NA NA
## 3 FB 2014-01-06 57.20 NA NA NA NA NA NA
## 4 FB 2014-01-07 57.92 NA NA NA NA NA NA
## 5 FB 2014-01-08 58.23 54.56 54.575 54.71 57.20 57.92 58.199
## 6 FB 2014-01-09 57.22 54.56 54.824 57.20 57.22 57.92 58.199
## 7 FB 2014-01-10 57.94 57.20 57.202 57.22 57.92 57.94 58.201
## 8 FB 2014-01-13 55.91 55.91 56.041 57.22 57.92 57.94 58.201
## 9 FB 2014-01-14 57.74 55.91 56.041 57.22 57.74 57.94 58.201
## 10 FB 2014-01-15 57.60 55.91 56.041 57.22 57.60 57.74 57.920
## # ... with 3,014 more rows, and 1 more variables: X100. <dbl>
可用函数
已经介绍了如何将 xts 函数和 tq_transmute 与 tq_mutate 联合使用。还有许多 xts 函数可以以 “tidy” 的方式使用！用 tq_transmute_fun_options() 查看其他可用函数。
# Available functions
# mutate_fun =
tq_transmute_fun_options()
## $zoo
## [1] "rollapply" "rollapplyr" "rollmax"
## [4] "rollmax.default" "rollmaxr" "rollmean"
## [7] "rollmean.default" "rollmeanr" "rollmedian"
## [10] "rollmedian.default" "rollmedianr" "rollsum"
## [13] "rollsum.default" "rollsumr"
##
## $xts
## [1] "apply.daily" "apply.monthly" "apply.quarterly"
## [4] "apply.weekly" "apply.yearly" "diff.xts"
## [7] "lag.xts" "period.apply" "period.max"
## [10] "period.min" "period.prod" "period.sum"
## [13] "periodicity" "to.daily" "to.hourly"
## [16] "to.minutes" "to.minutes10" "to.minutes15"
## [19] "to.minutes3" "to.minutes30" "to.minutes5"
## [22] "to.monthly" "to.period" "to.quarterly"
## [25] "to.weekly" "to.yearly" "to_period"
##
## $quantmod
## [1] "allReturns" "annualReturn" "ClCl"
## [4] "dailyReturn" "Delt" "HiCl"
## [7] "Lag" "LoCl" "LoHi"
## [10] "monthlyReturn" "Next" "OpCl"
## [13] "OpHi" "OpLo" "OpOp"
## [16] "periodReturn" "quarterlyReturn" "seriesAccel"
## [19] "seriesDecel" "seriesDecr" "seriesHi"
## [22] "seriesIncr" "seriesLo" "weeklyReturn"
## [25] "yearlyReturn"
##
## $TTR
## [1] "adjRatios" "ADX" "ALMA"
## [4] "aroon" "ATR" "BBands"
## [7] "CCI" "chaikinAD" "chaikinVolatility"
## [10] "CLV" "CMF" "CMO"
## [13] "DEMA" "DonchianChannel" "DPO"
## [16] "DVI" "EMA" "EMV"
## [19] "EVWMA" "GMMA" "growth"
## [22] "HMA" "KST" "lags"
## [25] "MACD" "MFI" "momentum"
## [28] "OBV" "PBands" "ROC"
## [31] "rollSFM" "RSI" "runCor"
## [34] "runCov" "runMAD" "runMax"
## [37] "runMean" "runMedian" "runMin"
## [40] "runPercentRank" "runSD" "runSum"
## [43] "runVar" "SAR" "SMA"
## [46] "SMI" "SNR" "stoch"
## [49] "TDI" "TRIX" "ultimateOscillator"
## [52] "VHF" "VMA" "volatility"
## [55] "VWAP" "VWMA" "wilderSum"
## [58] "williamsAD" "WMA" "WPR"
## [61] "ZigZag" "ZLEMA"
##
## $PerformanceAnalytics
## [1] "Return.annualized" "Return.annualized.excess"
## [3] "Return.clean" "Return.cumulative"
## [5] "Return.excess" "Return.Geltner"
## [7] "zerofill"