ارائه مدلی برای پیش بینی قیمت سهام مبتنی بر CNN-LSTM بهینه شده در بورس اوراق بهادار تهران

یکی از مهم ترین اهداف سرمایه گذاران و معامله گران بازار های مالی شناخت رفتار قیمت سهام است. پیش بینی قیمت، می تواند به افراد در مورد خرید، فروش یا نگهداری سهام کمک کند تا با زمان بندی موثر معاملات، سود بالقوه را به حداکثر یا زیان را به حداقل برسانند. به دلیل رفتار غیر خطی قیمت و وابستگی آن به عوامل گوناگون پیش بینی قیمت کار دشواری است که برای مقابله با این چالش، در این پژوهش از مدل های یادگیری عمیق کمک گرفته می شود که زیر شاخه ای از مدل های یادگیری ماشین هستند. ساختار مدل های یادگیری عمیق به دلیل تمرکز بر روی تعداد لایه های بیشتر و استفاده از گره های به هم پیوسته (نورون ها) در مواجه با مقادیر زیادی داده عملکرد مناسبی دارند و به دلیل توانایی آن ها در شناخت الگو ها و روابط، امکان ارائه پیش بینی دقیق تری از قیمت ها را فراهم می کنند.

در این پژوهش، برای پیش بینی قیمت سهام در بازار بورس اوراق بهادار تهران از دو مدل پیشنهادی LSTM-CNN و CNN-LSTM به وسیله بهینه سازی هایپرپارامتر ها توسط الگوریتم PSO که یک الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر جمعیت است و تکنیک های تقویت مدل شامل: آموزش خصمانه، مکانسیم توجه و بلوک باقی مانده استفاده شده است. این مدل ها با مدل های CNN،LSTM وCNN-LSTM مورد مقایسه قرار گرفته اند. جهت دستیابی به این هدف، داده های10سهم از تاریخ 20 شهریور 1392 تا تاریخ20 شهریور 1402 مورد بررسی قرارگرفته است.داده های ورودی شامل: قیمت های تعدیل شده سهم، اندیکاتور ها، اسیلاتور ها، قیمت دلارآزاد آمریکا و نرخ تورم می باشد.

مقایسه نتایج معیار های ارزیابی شامل چهار معیار RMSE، MAE، R-squared و MAPE نشان از عملکرد مطلوب  دو مدل پیشنهادی با سایر مدل ها می دهد. علاوه بر این، مدل پیشنهادی LSTM-CNN  توانسته بهترین عملکرد را به ثبت رساند. همچنین، بررسی نتایج دو مدل پیشنهادی، با و بدون الگوریتم PSO  مشخص کرد که این الگوریتم به بهینه سازی مدل ها کمک می کند. در نهایت، بررسی استراتژی های مبتنی بر مدل های پیشنهادی بر روی پنج سهم از پنج صنعت مختلف در چهار دوره زمانی نشان از عملکرد مالی برتر آن ها می دهد. به عبارت دیگر، مدل های پیشنهادی LSTM-CNN  و  CNN-LSTMتوانسته اند در معیار بازده مالی و نسبت شارپ در مقایسه با سایر استراتژی ها موفقیت مطلوبی به دست آورند که مدل پیشنهادیLSTM-CNN  مطلوب ترین عملکرد را به ثبت رسانده است. 

هایپرپارامترها، پارامترهایی هستند بر روی خروجی مدل ها تاثیر دارند و با تغییر هرکدام از این هایپارامترها نتایج مختلفی به دست می آید که می تواند مناسب یا غیر مناسب باشند این پارامترها در طول آموزش یاد نمی گیرند و باید قبل از آموزش تنظیم شوند. طبق نتایج به دست آمده، بهینه سازی هایپرپارامترها، می تواند سهم را بر اساس رفتار آن سهم بهینه کند که این امر منجر به پیش بینی دقیق تر قیمت می شود. همچنین، با استفاده از مدل LSTM-CNN  استخراج ویژگی ها از داده ها  و شناسایی و درک وابستگی ها در ویژگی های استخراج شده به طور مناسب تری از CNN-LSTM صورت می گیرد که می تواند در بهبود دقت پیش بینی کمک کند.