基于蚁群算法的GARCH模型的人民币美元汇率预测的研究（可编辑）

基于蚁群算法的GARCH模型的人民币美元汇率预测的研究（可编辑） 基于蚁群算法的GARCH模型的人民币美元汇率预测的研 究 硕士学位论文基于蚁群算法的 GARCH 模型的 人民币-美元汇率预测研究 RESEARCH ON THE GARCH MODEL BASED ON ANT COLONY ALGORITHM IN THE FORECAST OF THE RMB-USD EXCHANGE RATE王君舰 哈尔滨工业大学 2009 年 6 月 国内图书分类号:F830.72学校代码:10213 国际图书分类号:336 密级:公开 经济学硕士学位论文 基于蚁群算法的 GARCH模型的人民币-美元 汇率预测研究 硕士研究生: 王君舰 导师: 惠晓峰教授 申请学位级别: 经济学硕士 学科、专业: 金融学 所在单位: 经济与管理学院 答辩日期: 2009 年 6 月 授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: F830.72U.D.C: 336 A Dissertation for Master Degree in EcomomicsRESEARCH ON THE GARCH MODEL BASED ON ANT COLONY ALGORITHM IN THE FORECAST OF THE RMB-USD EXCHANGE RATEWang Junjian Candidate: Prof. Hui Xiaofeng Supervisor: Master of Economics Academic Degree Applied for: Finance Specialty: School of Management Affiliation: June, 2009 Date of Defence: Harbin Institute of Technology Degree-Conferring-Institution: 哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 摘 要 2005 年人民币汇率体制改革之后,我国开始实行以市场供求为基础、 参考一篮子货币进行调节、有管理的浮动汇率制度。汇率不再固定不变,人 民币持续升值。从 2007 年 5 月以来,美国次债引发的金融危机、经济危机 在全球范围内愈演愈烈,美国老牌金融机构纷纷倒闭,国际金融体系危机四 伏,在世界各国普遍采用浮动汇率制的情况下,汇率的波动极为频繁和剧 烈。因而加强人民币汇率预测的研究工作对中央银行加强金融监管以及微观 经济主体规避外汇风险都具有非常重要的意义。国内外很多学者都采用人工 智能或经典计量经济学方法研究有关汇率预测的问题,但研究结果表明单独 使用任何一种方法都有其局限性,因此本文采用蚁群算法优化 GARCH 模型 进行实证研究,是人工智能与经典计量经济学的结合,有助于更好的解决汇 率预测问题。 本文研究以时间序列为基础的人民币汇率短期预测,选用汇率体制改革 后的 2005 年 7 月 1 日?2009 年 4 月 30 日人民币对美元日汇率作为研 究的 样本数据。首先,本文论述了人民币-美元汇率研究的现状,总结了汇率决 定理论和预测方法的发展,并回顾了人民币汇率体制改革之路。接着深入学 习和探讨了蚁群算法和 GARCH 模型的原理、特点、应用及研究现状,分析 研究了两方法的共同点和相结合运用的可行性,建立了以经验和实验结果选 定模型输入变量参数、以昀大昀小蚁群算法改进 GARCH 模型的预测 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (MMAS-GARCH)。根据样本区间上汇率时间序列具有自相关性和非平稳 性的特点,分析了该模型预测的可行性,并使用优化的 MMAS-GARCH 模 型对人民币-美元汇率进行了实证研究。和普通 GARCH 模型预测结果相比 较,优化的 MMAS-GARCH 模型取得了更好的预测效果。研究昀后,本文 对以时间序列变量为基础的两种人民币汇率模型,即 GARCH 模型和 MMAS-GARCH 模型的预测结果进行了综合评价分析,并得出经昀大昀小蚁 群算法优化的 GARCH 模型在人民币-美元汇率预测上优于普通 GARCH 模 型的结论。 关键词:汇率;预测;GARCH 模型;蚁群算法;人民币-美元 -I-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 Abstract In 2005, after the RMB exchange rate reform,China began to implement a managed floating exchange rate system based on market supply and demand with reference to a basket of currencies. No longer had a fixed exchange rate, the Yuan continued to appreciate. From May 2007, the United States sub prime mortgage cause financial crisis become a global scale, the United States to close down the old financial institutions, the international financial system crisis, commonly used in the world of floating exchange rate system, the very frequent exchange rate fluctuations and intense. So strengthening the RMB exchange rate prediction research work for the central bank to strengthen financial supervision and microeconomic units evade foreign exchange risk has a very important significanceMany scholars are using artificial intelligences or classical econometric methods to study the exchange rate forecasts, but the results show that either method used alone has its limitations, this paper uses the ant colony algorithm to optimize the GARCH model for the empirical research, it is a combination of artificial intelligence and classical econometric, which contribute to a better solutionThis study of short-term forecasts, base on time sequence of the RMB exchange rate,with the research sample data of the RMB-USD exchange rate from st July 1 2005 to April 30 2009. Firstly, this paper discusses the present situation of the research of the RMB-USD exchange rate, summarizes the exchange rate decision theory and the forecast method, and reviews the development of RMB exchange rate reform. Then discusses and studies the GARCH model and the ant colony algorithm, establishes the new GARCH model improved by the minimum and imum ant colony algorithm MMAS - GARCHAccording to the exchange rate based on the sample intervals time sequence with autocorrelation and non-stationary characteristics, we analyze the feasibility of the model prediction and optimization of the use of MMAS-GARCH model of the RMB-USD exchange rate for the empirical researchCompared to the results of GARCH models, the MMAS-GARCH model obtain a better prediction. Finally, we analyze the prediction results of GARCH model and MMAS-GARCH model, and eventually proved the MMAS-GARCH model is better than the GARCH model in the forecast of the RMB-USD exchange rate Keywords: exchange rate; forecast; GARCH model; ANCMMAS; RMB-USD -II-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 目 录 摘 要I Abstract II 第 1 章 绪 论.1 1.1 课题研究的来源、目的和意义..1 1.1.1 课题的研究背景1 1.1.2 研究的目的和意义..2 1.2 课题研究涉及的基本概念2 1.2.1 外汇.2 1.2.2 汇率.3 1.3 汇率决定因素和基本理论4 1.3.1 购买力平价理论4 1.3.2 利率平价理论.5 1.3.3 货币主义的汇率决定理论5 1.3.4 汇率的资产组合理论.5 1.3.5 理性预期汇率理论..6 1.3.6 汇率决定的新闻模型.7 1.4 汇率预测研究现状8 1.4.1 汇率预测模型和算法的研究8 1.4.2 国内外汇率预测研究现状9 1.5 主要研究内容和技术路线9 第 2 章 蚁群算法和 GARCH 模型的研究12 2.1 蚁群算法的研究..12 2.1.1 蚂蚁的觅食方式.12 2.1.2 蚂蚁觅食的生物学原理..13 2.1.3 人工蚁群和真实蚁群的异同14 2.1.4 基本蚁群算法原理和特点.16 2.1.5 蚁群算法的改进和国内外研究现状18 2.2 GARCH模型的研究22 -III-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 2.2.1 GARCH模型的原理和形式22 2.2.2 GARCH模型的特点..23 2.2.3 GARCH模型的研究现状和应用.23 2.3 本章小结.24 第 3 章 基于蚁群算法优化的 GARCH 模型..25 3.1 利用蚁群算法优化GARCH模型的可行性.25 3.1.1 蚁群算法和GARCH模型的相通特点..25 3.1.2 蚁群算法和GARCH模型的互补特点..25 3.1.3 蚁群算法优化GARCH模型的想法..26 3.2 建模?蚁群算法优化的GARCH模型..27 3.3 优化模型适应于我国经济条件的分析28 3.4 R语言简介及其应用..28 3.5 本章小结.29 第 4 章 实证分析..30 4.1 人民币汇率样本数据分析.30 4.1.1 人民币汇率体制的改革..30 4.1.2 人民币汇率样本数据的选取和分析31 4.2 普通GARCH模型的汇率预测..33 4.3 经蚁群算法优化的GARCH模型的汇率预测36 4.4 对两模型预测结果的比较分析40 4.5 经蚁群算法优化的GARCH模型的评价..42 4.6 本章小结.43 结 论.44 参考文献46 附 录.50 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明55 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书55 致 谢.56 -IV-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的来源、目的和意义 1.1.1 课题的研究背景 汇率预测是浮动汇率制的产物,在固定汇率制下,汇率波动总是被限制在 一个很小的范围之内,投资者一般不需要关心汇率的变动。只有在浮动汇率 制 下,汇率的波动影响着国际国内经济生活的诸多方面,汇率预测才有其存在 意 义。 自2005年7月21日起,我国开始实行以市场供求为基础、参考一篮子货币 进 行调节、有管理的浮动汇率制度。汇率不再固定不变,人民币持续升值,而汇 率作为国际金融关系乃至国际经济关系正常发展的重要纽带,已影响到包围经 济生活的几乎一切领域,如国家的政府主权外债的签署,国家外汇储备的增减 持有,进出口企业因汇率变动导致的企业管理的调整和国家产业政策的调整, 银行投资国外资产的决策以及各种因汇率变动导致的避险方案的选择,甚至个 人投资外汇行为等等,这些宏观和微观的决策都要依据对汇率的预测。正因如 此,正确分析与预测汇价及其波动有着重要的意义。 再者,从2007年5月以来,美国次债引发的金融危机在全球范围内愈演愈 烈,美国老牌金融机构纷纷倒闭,国际金融体系危机四伏,在世界各国普遍采 用浮动汇率制的情况下,汇率的波动极为频繁和剧烈,不管是国家制定经济政 策,还是企业规避汇率风险,汇率预测的需求在这一经济形势大背景下显得更 为突出。 [4] 汇率预测的研究方法很多,大致可分为基础因素分析法和技术分析法 , 随着研究的深入,一些新的技术也不断运用到汇率预测中来。汇率常表现出方 差时变的特点,常表现出波动聚集的现象,也即大幅度波动聚集在某一段时间,而 小幅度波动聚集在另外一段时间上。经典的时间序列模型如ARIMA模型,又 称为博克斯一詹金斯法或B一J方法已不能较好地拟合此类数据。自回归条件异 方差ARCH模型,把方差和条件异方差区分开,让条件方差随过去误差即一系列 的历史信息冲击而变化,为解决异方差存在而提供新的途径。广义自回归条件异 方差GARCH让条件方差作为过去误差和之后条件方差的函数而变化,更好地体 -1-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 现出波动聚集效应。市场对坏消息的反应往往比对好消息的反应更为迅速,这种 [3] [45] [44] 非对称性,往往用带门限的GARCHTARCH 指数GARCHEGARCH 模型 来反应。 我国汇率体制改革以来,特别是美国次债危机以来,人民币名义汇率持续 升值,波动幅度相对较大,传统的结构模型很难对汇率进行正确有效的预测。 基于这种情况,本文采用了时间序列模型中较高级的方法??广义自回归条件 异方差性模型GARCH 模型为基础来建立人民币对美元汇率的预测模型,并将 一种新兴的模拟进化优化算法??蚁群算法应用到模型中,希望能得到一种更 符合人民币-美元汇率走势的预测模型。 1.1.2 研究的目的和意义 如前文所述,当前经济形势颇为复杂,对汇率进行正确有效的预测对国 家、企业和个人都具有重大意义,但传统的结构模型在目前复杂的局势下很难 保证汇率预测的准确度。因此,本文的研究目的就是利用在寻求昀优解方面具 有优势的蚁群算法与经典的 GARCH 模型结合,从历史汇率数据和基本变量出 发,作出符合当前情况的正确有效的汇率预测。 具体来说,研究意义包括以下两个方面: (1)在理论上,将蚁群算法应用到汇率预测领域,并与经典 GARCH 模 型相结合,是经典计量经济学和人工智能科学的结合,两者优缺互补,更好的 模拟出汇率波动的特征,是在汇率预测的方法上的一个创新。 (2)若证实本文所提出的方法对汇率预测有较高的正确度和有效率,则 对国家经济政策的制定,企业规避汇率风险,个人投资外汇等活动都提供了一 个有效的工具进行汇率波动预测。 1.2 课题研究涉及的基本概念 1.2.1 外汇 外汇是国际贸易的产物,是指外币或以外币表示的用于国际间债权债务结 算的各种支付手段。外汇的概念具有双重含义,即有动态和静态之分。从动态 上讲,外汇是国际汇兑(Foreign Exchange)的简称,“汇”是货币异地转移, “兑”是货币之间进行转换,外汇就是把一国货币转换成另一国货币,借以清 偿国际间经济活动产生的债权、债务关系的一种专门性的经营活动。从静态上 讲,外汇是指以外国货币表示的可用于国际之间结算的支付手段和工具。其包 括以外币表示的信用工具和有价证券,如外国货币,以外币计价的各种证券。 -2-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 国际货币基金组织(IMF)给外汇的定义是:“外汇是货币行政当局(中央 银行、货币管理机构、外汇平准基金及财政部)以银行存款、财政部库券、长 短期政府债券等形式所保有的在国际收支逆差时可以使用的债权。其中包括由 中央银行及政府间 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 而发生的在市场上不流通的债券,而不问它是以债务国 货币还是以债权国货币表示。” 根据IMF的定义,我国1997年1月修正颁布的《外汇管理条例》对外汇作了 更为明确的规定:外汇,是指下列以外币表示的可以用作国际清偿的支付手 段 和资产:外国货币,包括纸币、铸币;外币支付凭证,包括票据、银行存款凭 证等;外币有价证券,包括政府债券、公司债券、股票等;特别提款权、欧洲 货币单位;其他外汇资产。 1.2.2 汇率 汇率又称汇价、外汇牌价或外汇行市,是将一个国家的货币折算成另一个 国家货币时使用的折算比率,也可以说是货币的相对价格。它在本质上反映的 是不同国家货币之间的价值对比关系:以本币来表示单位外币的价格叫直接标 价(the direct quotation),简称为直接汇率;用外币来表示单位本币的价格叫间 接标价法(the indirect quotation),简称为间接汇率。 通常,经济学上将汇率区分为名义汇率和实际汇率。 名义汇率(nominal exchange rate,是一种衡量两种货币相对价格的货币概 念。名义汇率又称“市场汇率”,它不能反映两国货币的实际价值,是随外汇市 场上外汇供求变动而变动的外汇买卖价格,或是由官方规定的。我们平常所说 的汇率就是指在社会经济生活中被直接公布、使用的表示两国货币之间比价关 系的名义汇率。 实际汇率(real exchange rate,是指两国间商品的相对价格,是用来表示 两国在进行贸易时,商品交换遵循的数量比例。它反映了以同种货币表示的两 国商品的相对价格水平,从而反映了本国商品的国际竞争力。实际汇率主要有 两种表现形式:一种为传统的表现形式,是用两国价格水平对名义汇率进行调 整后所得到的汇率,表达式为: 实际汇率名义汇率*本国商品价格/外国商品价格 另一种表现形式是国际贸易产品与非国际贸易产品的国内价格的相对值, 表达式为: 实际汇率名义汇率*国际贸易产品的国内价格/非国际贸易产品的国内价格 我们常接触到的概念还有实际有效汇率(real effective exchange rate, 是指 -3-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 一种加权平均汇率,即本国与贸易伙伴国的双边名义汇率的贸易加权值,它反 映了一国在国际贸易中的总体竞争力和该国货币汇率的总体波动幅度。 本文的研究对象是人民币对美元的日名义汇率。 1.3 汇率决定因素和基本理论 进行汇率预测必须首先了解汇率的决定及其影响因素,汇率决定理论是国 际金融理论的核心之一,随着经济背景和经济学基础理论的演变经历了不同 的 发展,主要经历了国际借贷说、购买力平价说、汇兑心理说、国际收支说和资 产市场说等几个阶段。其中,占有主要地位的汇率决定理论主要有: 1.3.1 购买力平价理论 购买力平价理论Purchasing Power Parity 又简称 PPP 昀初在 1802 年由英 国经济学家桑顿提出,其后成为李嘉图的古典经济理论的一个组成部分,昀后 由瑞典经济学家古斯塔夫?卡塞尔G. Cassel加以发展和充实,在其 1922 年出 版的《1914 年以后的货币与外汇》Money and Foreign Exchange, After 1914 一 书中完整地阐明购买力平价学说的理论体系。该理论是采用一国货币的国内购 买力来确定各种货币之间的比价问题的汇率决定理论,认为一种货币同另外一 种货币的比价即该国货币对另外一国货币的汇率,是由两种货币在本国国内所 能支配的商品与劳务的数量来决定的,即货币的对外价值取决于其对内价值。 购买力平价理论所揭示的汇率与货币相对购买力或相对价格水平之间的经 济关系为:当本国的价格水平相对上升时,本币购买力相对下降,即本币贬 值,则汇率就下跌,相反,当本国的价格水平相对下降时,本币购买力相对上 升,即本币升值,则汇率就上升。购买力平价理论一般分为绝对购买力平价和 相对购买力平价。绝对购买力平价的基本观点是:一个国家的货币与另外一个 国家的货币之间的比价是由两种货币在各自国内的购买力之比来决定的。相对 购买力平价反映的是汇率变动与价格水平变动之间的关系。目前国际上研究较 多的是相对购买力平价理论。 购买力平价理论揭示了汇率长期变动的根本原因,在分析汇率的长期变动 上十分有效。但该理论自身有存在一定的缺陷:?忽略了国际资本流动的存在 及其对汇率的影响;?忽视了非贸易品的存在及其影响;?忽略了贸易成本和 贸易壁垒对国际商品套购所产生的制约;?在计算购买力平价时,编制各国物 价指数在方法、范围、基期选择等方面存在着诸多技术性困难。 因为技术水平的局限性和购买力平价理论的自身缺陷,该理论曾一度遭到 -4-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 国际学术界的弃用。上世纪 90 年代以来,随着计量经济学的发展和数据样本 的增加,西方经济学界对于购买力平价的应用研究又逐渐升温,研究的内容也 极大突破了传统的购买力平价理论,人们对于购买力平价的看法发生了彻底的 转变。总体来看,购买力平价理论仍是 20 世纪昀有影响的汇率理论之一,对 该理论的研究还还有待于人们继续深入探索。 1.3.2 利率平价理论 利率平价理论the interest rate parity是由英国著名经济学家凯恩斯 (J.Keynes)于 1924 年提出的。他认为汇率变动与两国间的利差有关,投资 者根据两国利差大小以及对未来汇率的预期进行投资选择,以期获取收益或避 免风险。利率平价理论不是从商品价格和货币购买力着手,而是从国际间的资 本套利着手分析汇率变动的原因和规律。该理论认为短期汇率波动是由本国与 外国的相对利差决定。 利率平价理论说明了汇率与利率之间的关系,而汇率与利率之间的关系则 [8] 通过国际资金套利来实现,反映了国际资本流动对于汇率决定的作用 。凯恩 斯昀初提出利率平价说时,主要用以说明远期差价的决 定。后来,艾因齐格又 补充提出了利率平价说的“互交原理”,揭示了即期汇率、远期汇率、利率、 国际资本流动之间的相互影响。利率平价理论主要包括抛补利率平价理论和非 抛补利率平价理论。 1.3.3 货币主义的汇率决定理论 在汇率决定理论中,货币主义的汇率理论影响昀为深远。自 20 世纪六十 年代创立以来,因其所反映的汇率与经济要素之间的严密的逻辑关系,该理论 一直被广泛应用于汇率预测和政府的宏观经济政策之中。它建立在货币的基础 之上,将购买力平价与货币数量方程式结合起来,揭示出汇率与相对货币供应 量、相对实际产出、相对利率等经济要素之间的数量关系。货币主义的汇率决 定理论建立在货币这块基石之上,因此,货币主义者认为汇率是由两国相对货 币供求所决定的。 1.3.4 汇率的资产组合理论 汇率的资产组合理论the portfolio balance model将货币主义的“汇率由两 国相对货币供求所决定”的论断引申到所有的金融资产,如本国货币、有价证 券、外国货币和外国金融资产等,试图揭示资产组合和财富的积累过程对汇率 的影响。在此模型中,许多假设和货币模型相同,如国际资本的完全自由流 -5-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 动,没有资本控制,市场完全竞争等。 该理论认为在金融市场高度发达的今天,货币仅是投资者持有的一种金融 资产,同时,由于不同的金融资产之间存在着风险差异,投资者更倾向于使其 持有的风险资产多样化,以减少投资风险。因此,该模型认为汇率应该是由所 有金融资产包括货币资产存在结构平衡所决定的,而不仅仅是由货币市场的 需求和供给所决定。该理论的核心观点围绕资产结构多样化和风险收益所展 开,在该理论中,汇率受经常项目收支状况的影响,外国资产的增减通过资本 项目的累积方式表现,国际收支在汇率决定和变动中起着重要的作用。 汇率的变动通过影响私人部门对财富的重新估价(因为汇率的变动影响以 本国货币表示的国外资产额),起着平衡资产供求存量的作用。为了转移外汇 风险,投资者按照预期收益和给定的风险收益在本国和外国资产之间配置所有 的财富。均衡汇率正是使私人部门意愿持有现有国内外各种资产存量的汇率水 平。目前国内外有很多学者热衷于从此理论出发研究汇率的波动,但该模型 本身还存在很多不足:部分数据难以测量;其模型检验十分困难;没有解释实 际产出和财富的决定因素和相互关系;没有考虑到实物资产和商品的流动;部 分假设与现实相背(如本国居民不持有外国资产),等等。 1.3.5 理性预期汇率理论 鉴于资产组合汇率模型难以检验的不足,以及货币理论中汇率决定的长期 特征,这些理论在预测短期汇率变化方面都有所欠缺,因而,产生了市场有效 与理性预期汇率理论。该理论认为,将来的即期汇率为远期汇率与风险收益的 求和,再加上一个随机误差项。该理论不是从决定汇率的根本因素出发,而是 把人们对金融市场上随时出现的信息、新闻消息做出的反应作为切入点,运用 统计学和计量经济学的手段来研究即期汇率变化的规律。该理论的基石是有效 市场假说。 有效市场的概念昀早是由法玛 Fama提出的,他认为有效市场是指能够充 分、即时地反映所有相关信息的市场,市场参与者不能通过分析和处理相关信 息而得到额外利润。有效市场假说是以发育完全的资本市场为前提的,如果市 场价格没有包含可公开得到的全部信息,就必然存在着尚未被领用的盈利机 会,从而导致大规模的套利过程发生,昀终消除市场上 的盈利机会,投资者得 到正常收益。因此,在有效市场上,不存在资金流动障碍,交易成本可以忽 略,投机需求的利率弹性为无穷大即使很小的盈利机会也会引起大规模的资 -6-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 金运动,从而使资产价格进行调整,投机者根据市场信息进行的调整是瞬时 完成的。有效市场理论昀初是用于商品市场和资本市场 的研究,后来经过格威 克和费格1979,莱维奇1979以及汉恩等人将其引入外汇市场。对一个有效 的外汇市场来说,即期汇率和远期汇率能够反应所有相关的信息,投资者不可 能赚得超额利润,因此均衡价格是在所有可得到的信息的条件下形成的价格。 如在即期和远期外汇市场上,当投资者获得“外国利率上升”的信息后将会立 即决定买进外汇,因此远期外汇价格将升高,直至升到足以阻止任何进一步的 投机为止,这时远期汇率恰好等于大家一致公认的预期汇率。如果考虑到风险 收益,那么远期汇率就等于即期汇率与风险收益之和。 1.3.6 汇率决定的新闻模型 新闻模型是在资产市场宏观结构模型的基础上结合理性预期假说建立起来 的,昀早由 Mussa1979提出,他将非预期的并且能够引起人们对汇率的预期 值进行修改的新的信息统称为“新闻”(也称有效信息),进而分析了“新闻” 对汇率运动的影响。Mussa 的新闻模型表明,未预见到的即期汇率的变化是由 基本经济变量的“新闻”引起。基于这一结论,任何新闻因素通过影响外汇市 场上交易者的预期都能够及时有效的融入到即期或远期汇率之中。由于即期汇 率和远期汇率之间的时间内会有“新闻”因素的出现,从而可能导致远期汇率 是将来即期汇率的有偏估计,这就可以用来解释外汇市场有效性检验失败的原 因。而“新闻”因素不断进入外汇市场则可以在一定程度上解释汇率的频繁波 动。另外,“新闻”的不可预见性意味着“新闻”的出现是一个随机游走过 程,根据新闻模型,可以得到未预测到的即期汇率的变化也将是一个随机游走 过程,这一结论又可以对即期汇率的路径近似的遵循随机游走这一经验规则给 予解释。 在理性预期和市场有效假设的条件下,将来的即期汇率可以表达为远期汇 率与风险收益之和,再加上一个随机误差项协 t,我们将随即误差项归结为投 资者对未来即期汇率的预测误差。而在汇率的新闻模型中,这些误差归因于过 去和现在所发生的所有新闻。 但新闻模型存在着三个缺陷:一是在其模型推导的过程中对理性投机泡沫 的忽略,其忽略理由不足以令人信服;二是没有指明“新闻”的具体内容,即 没有对“新闻”做出明确的定义,究竟哪些信息可以称之为新闻并没有严格的 界定。Edwards1983对模型进行了发展,给出了标明“新闻”具体内容的新 闻模型,并给出了相应各种“新闻”的效应,但这仍只是理论上的推断,实证 -7-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 仍很困难。尽管现有新闻模型还很不完善,实证的结果也不尽如人意;三是目 前无法将“新闻”数量化,如何从实际中将相关新闻从所有新闻中分离出来并 转化为量值仍有待研究。但在实际生活中,我们有理由相信意外的“新闻”信 息对汇率的波动有显著的影响,正如其在股票市场中的影响力。 1.4 汇率预测研究现状 1.4.1 汇率预测模型和算法的研究 目前国内外对汇率预测的理论及实证研究主要是从两个大方面来进行的: 即上文提到的基础因素分析法和技术分析法。 [8] (1)前者是从影响汇率的各种因素出发 ,寻找汇率与这些因素之间所存 在的某种关系。它不仅要求假设一系列因果关系,而且要求预测者能利用 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 模型概括这一系列因果关系;由于建立了汇率和基本的宏观经济变量之间的 数 量关系而得到了长期的重视。汇率决定因素理论主要有:传统的购买力平价理 论、利率平价理论和基于布雷顿森林体系环境下发展起来的一些固定汇率理 论、布雷顿森林体系解体后的各种货币主义汇率理论、资产市场组合理论、理 性预期汇率理论、汇率的新闻模型以及近年发展起来的均衡汇率模型等等。在 预测汇率的长期变动趋势上,基础因素分析法是可行的,但在判断汇率变化的 具体时间及预测短期汇率变化方面,其效果不十分理想。实际上,经济系统的 复杂性、时变性和模糊性等特点,使得传统的经济计量模型econometric model 中所赖以生存的方法论,如经济主体的完全理性,经济行为的均衡协调等,受 到日益强烈的冲击。 [4] [10] (2)后者是从汇率本身出发 ,研究其作为一个时间序列的概率或随 机性质,是用计量经济学的分析方法对自回归时间序列模型对汇率运动进行估 计和拟合,发现汇率运动的本质规律。技术分析方法是建立在三个假设上的: 市场行为涵盖了一切信息;汇率的变化具有一定的趋势;历史是可以重复的。 传统的模型如指数平滑模型Exponential Smoothing Model、回归模型AR 和移 动平均模型MA等都属于技术分析预测方法。同时,随着高级数学工具的引 入,这种预测方法有了很大的发展。如贝叶斯向量自回归模型BVAR、阈值模 型Threshold model、Box-jenkins方法,等等。由于汇率的波动性volatility和 一些外生变量的作用,上述时间序列预测模型往往精度不高。因此,一些新的 汇率预测方法开始出现:比较著名的有随机漫步模型、Engle的ARCH模型, Bollerslev的GARCH模型、MS-GARCH模型、由ARMA模型发展的ARIMA模型 -8-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 等。近些年来发展起来的非参数方法主要有:神经网络和小波分析预测方法 等。其中GARCH方法在证券市场和汇率预测方面的实证预测结果得到学术界广 泛的认同。 1.4.2 国内外汇率预测研究现状 Hoa , Faff和Marshall(2006)从国际货币学说的角度研究了欧元-美元汇率 [14] 走势问题 。Alexander, Lazar和Normal Mixture(2004),Brunetti, Mariano, [18][19] Scotti和Tan(2003)等人分别对GARCH模型进行了更深入的研究 。还有 很多的国外学者,如Frances, Brooks和Renfense1993等人则更倾向于非线性方 法对汇率进行预测研究,Widrow1994,Connor1988, Kuan和Liu(1995)等人 则侧重于利用非参数方法实现汇率预测研究。 近年来,国内一些学者对人民币汇率所做的一系列定量研究工作主要是: 范敏和易纲,陈学彬等用购买力平价理论来研究人民币汇率价格的合理性问 题;张晓朴等采用目前国际上较为流行的几种均衡汇率模型来研究人民币的均 衡汇率问题;孙金丽和张世英研究MS-GARCH模型和应用方面;张揩和吴骏, 陈建梁等研究人民币汇率的预测和动态过程;魏巍贤、蒋正华、董景荣等用神 [1] 经网络进行汇率预测。哈尔滨工业大学的惠晓峰教授、胡运权教授 及他们的 研究生们在神经网络、模糊神经网络、神经网络和遗传算法结合上的研究均取 得了理想的结果。2007 年金融危机引发的经济危机全球爆发以后,汇率的波动 更为频繁和复杂,单一的方法或是模型已经无法较好的刻画汇率的波动特征, 有些学者开始倾向于用组合预测方法进行汇率预测,如常见于小波分析和神经 [56][58] 网络方法相结合等 。 此处仅介绍部分有关汇率预测的文献综述,具体有关 GARCH 模型和蚁群 算法的文献综述将着重在第二章其各自研究发展史中介绍。 1.5 主要研究内容和技术路线 本文拟在国内外研究的基础上尝试建立经蚁群算法优化的时间序列变量的 GARCH 模型来预测人民币对美元汇率,并同经典 GARCH 模型的汇率预测结 果进行比较分析,试图寻找到一个继我国 2005 年 7 月 21 日汇率改革之后更符 合我国人民币-美元汇率波动趋势的汇率预测模型。 本文选用 2005 年 7 月 1 日至 2009 年 4 月 30 日的人民币对美元日名义汇率 数据作为研究样本,进行人民币汇率的短期预测。将 2005 年 7 月 1 日至 2009 年 03 月 31 日的 1370 个汇率观测值数据经处理之后代入经蚁群算法优化的 -9-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 GARCH p,q模型,利用算法和计算机软件实现寻求昀优解,得出对 2009 年 4 月的日汇率的预测值,并与 2009 年 4 月真实日汇率(即上述后 30 个观察 值)作比较,并分析结果的拟合优度和人民币汇率的波动特性。 本文采用 GARCH 模型、蚁群算法两种数学模型和方法进行人民币汇率预 测的研究,综合运用统计学、计量经济学、系统科学和人工智能的理论和方 法。 本文的内容将分为五个部分来论述:首先是绪论部分主要叙述本课题的研 究意义;汇率的基本概念、决定理论、影响因素,汇率预测的基本方法和模 型;当前国内外有关汇率预测的研究综述;本文的研究内容方法、技术路线、 难点及创新等。在第二章主要介绍了 GARCH 模型和蚁群算法的基本原理、研 究历史、特点及研究现状等。第三章则重点研究人民币汇率数据样本的选取, 论证利用蚁群算法优化 GARCH 模型的可行性,编程所要应用的计算机语言以 及研究优化后的 GARCH 预测模型的建立。第四章是人民币汇率预测的实证研 究。拟采用 2005 年 7 月 1 日至 2009 年 03 月 31 日的人民币对美元日名义汇率 数据为研究对象,首先对该样本区间的人民币对美元汇率序列数据变动的特点 加以研究分析,确定蚁群算法优化的 GARCH 模型的可行性,然后利用优化后 的模型进行实证预测;通过和普通 GARCH 模型的预测结果的比较,验证优化 模型良好的预测效果,并分析人民币汇率的波动特点和预测特性。昀后是结论 部分。 本文的论文研究框架如图 1-1 所示: 汇率序列的非平稳性和自相关性验证 GARCH模型及蚁群算法用于汇率预 测的可行性 输入模型变量的选取 利用蚁群算法优化的 GARCH模型 建立经典 GARCH预测模型 人民币汇率预测结果的综合分析和评价 -10-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 图 1-1 论文研究的技术路线框图 Figure1-1 Framework of the Proposed Technique Scheme 由于汇率的波动具有多样性和变化性,我们必须认识到,汇率预测是具备 三个特殊性质的:时间性、空间性和环境性。也就是说,正确的汇率预测是必 须针对特定的时间段,在一定的经济社会大背景下,综合考虑各种影响因素, 选择适时昀优模型,采用合理可靠的数据及变量,利用准确的算法计算出来 的。所以本论文把范围收缩到对人民币-美元的名义汇率的研究,进行蚁群算 法 思想优化 GARCH 模型的设计方案和实现模型并应用于汇率预测研究,希望 新 的模型能为汇率预测提供一个良好的工具。 -11-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 第 2 章 蚁群算法和 GARCH 模型的研究 2.1 蚁群算法的研究 蚁群算法是受到人们对自然界中真实的蚂蚁群集体行为(蚁群搜索食物的 过程)的研究成果的启发而提出的一种基于生物种群的模拟进化算法,属于 随 机搜索算法的一种。 2.1.1 蚂蚁的觅食方式 蚂蚁作为生态系统中重要的生物之一,其取食行为与生态系统有着密切的 [49] 关系,觅食方式主要有以下三种:简单合作觅食、小组觅食和集体觅食 。 (1)简单合作觅食是单个工蚁独自完成觅食过程的觅食方式。箭蚁属 Cataglyphsis中的C.bicolor就是用此种觅食方式。C.bicolor生活在干旱区,每一 觅食工蚁基本都有自己固定的觅食路线。它们利用太阳和其它可见线索来定位 运动方向,一般以此方式猎取小块猎物。但在发现一些大块猎物时,它们几乎 没法和同巢蚂蚁取得联系。美国沙漠中盘腹蚁Aphaenogaster蚂蚁也是单独觅 食,但能通过释放一种化学激素与l米以内的同伴保持联系,但无法与其他远距 离的同伴互通信息。 (2)小组觅食是当某一觅食者发现食物后,作好标志,然后返回巢并带领 一小组蚂蚁搬回所发现的食物。弓背蚁属的Camponotus socius主要用这种觅食 方式觅食。当一工蚁发现食物时,一种分泌物作标记,然后回巢并一路释放该 分泌物作为示踪标记。在巢内,它将此食物信息传递给自己的同伴。随后, 同 巢部分工蚁在它的带领下沿着分泌物的气味找到食源。一般情况下,它在食物 的周围释放分泌物,并在回巢后利用“摇摆表演”来召集其他工蚁,同一只工 蚁大约能召集5至30个同伴。但是,当首先发现食物的工蚁中途消失后,其同伴 只能沿着示踪气味继续前进1 0 m左右,因而通常很难找到所标记的食物。 (3)集体觅食是当某一头工蚁发现食物后回巢告知同伴,大批的工蚁将一 起涌向食物。火蚁属的Solenopsis invicta和小家蚁属的Monomoricum pharaonis就 采用这种觅食方式。当一工蚁发现食物后,会回巢告知同伴,沿路释放出一种 挥发性激素作为示踪标记,之后它在巢内来回迅速跑动并用前腿和触角轻触同 伴以传递信息。当同伴得到信息后,成百上千的工蚁沿着第一只工蚁释放的挥 发性激素气味的踪迹涌向食物,直至食物被取食完为止。 -12-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 (4)其它觅食方式:有些种类的蚂蚁自己不去觅食,而靠抢劫其它蚂蚁的 食物,或者偷食其它种类蚂蚁的卵和幼虫,或者寄生在其它种类的巢内,有的 甚至役使其它种类的工蚁替它觅食。 蚂蚁算法研究模拟的是上述觅食方式中的第三种,即集体觅食方式。 2.1.2 蚂蚁觅食的生物学原理 蚂蚁属于群居昆虫,个体行为极其简单,而由单个简单个体所组成的群体 行为却相当复杂。觅食是蚁群中一个重要且有趣的行为:蚂蚁个体渺小,视力 有限,单个蚂蚁不一定能找到从蚁巢到食物源的昀短路径,而相互协作的一群 蚂蚁却很容易找到。此外,蚂蚁还能够适应环境的变化,例如在蚁群的运动路 [50] 线上突然出现障碍物时,它们能够很快地重新找到昀优路径 。 经过生物学家的研究发现,蚂蚁群体能快速找到从蚁巢到食物源的昀短路 径的奥妙在于蚂蚁本身所释放的一种称之为信息素Pheromone的化学物质。生 物世界中的蚂蚁在搜索食物源时,会在走过的路径上不断释放这种信息素,而 其他蚂蚁在运动过程中都能够感知信息素的存在及其强度,并以此指导自己的 运动方向。蚂蚁倾向于朝着信息素强度高的方向移动,当某条路径上经过的蚂 蚁越多,即该路径上存留的信息素也就越多,以后就会有更多的蚂蚁选择它, 从而进一步增加了该路径的信息素强度。同时,信息素会随着时间的推移以较 小的比例发生耗散,所以一些长时间不经过的路径上的信息素会逐渐消失。这 种选择过程也被称为蚂蚁的自催化行为。于是整个蚁群行为便表现出了一种 信 息素的正反馈现象。这也就是说,在蚂蚁搜寻食物的过程中,对于较短的路 径,在单位时间内经过的蚂蚁数量越多,那么该路径上信息素强度越高。由于 信息素强度较高,则可以吸引更多的蚂蚁沿相同的路径进行搜索,这又使该路 径上的信息素强度增大。而对于距离较长的路径,由于单位时间内经过的蚂蚁 数量较少,该路径上信息素强度较低,并且随着信息素的挥发,该路径信息素 强度逐渐减弱,不再吸引蚂蚁沿这条路径运动。这样在其运动过程中,会出现 小概率的搜索错误,但从总体上说,其搜寻的效率和正确性会通过其他蚂蚁的 行为反馈加以调整。 实际上,每只蚂蚁是通过其信息素的播撒和感知来进行通信的。其具体规 则是多元化的,它可以在找到相对昀优解的时 候散发昀多的信息素,并且随着 它走的距离越来越远,播撒的信息素越来越少。每只蚂蚁都朝信息素昀多的方 向移动,当周围没有信息素的指引的时候,蚂蚁会按照自己原来运动的方向惯 性地运动下去,并且在运动的方向上有一个随机的扰动,以保留原来的运动记 -13-哈尔滨工业大学经济学硕士学位论文 忆。如果发现有其已经经过的地点,则以较大概率进行避让。如果在蚂蚁即将 移动的方向上存在障碍物,则它会随机选择另一个方向,或者按照信息素的指 引继续其觅食行为。 基于蚁群成千上万只蚂蚁在蚁巢和食物源中间所走的不同路径以及路径上 所残留的信息素的浓度,蚁群才能迅速的寻找到蚁巢到食物源的昀短路径。具 [21] 体的实现过程如图2-1所示 : 图2