在什(shén)麽情況下(xià),因子(zǐ≤®) Span SDF (I)

發布時(shí)間(jiān):2023-05-12  |   ↕≤ 來(lái)源: 川總寫量化(huà)

作(zuò)者:石川

摘要(yào):由于個(gè)股協方差矩陣很(hěn)難求逆,因此使用(yòng)因子(z≈♦ǐ)是(shì)必然的(de)選擇。然而,在什(shén)麽情況≠≤下(xià),因子(zǐ)能(néng) span®>‌ SDF,從(cóng)而不(bù)會(huì)損失投資機(jī)會(h&≤≈$uì)?


1


令  代表股票(piào)數(shù)量,  代表公司特征(firm characteristics)數(ε↔≠shù)量,令  維矩陣  表示  時(shí)刻的(de)所有(yǒu)股票(piào)的(de)全部特α≈ 征(其中第一(yī)列是(shì) a vector of ‍×βones)。此外(wài),令  代表  個(gè)股票(piào)  時(shí)刻的(de)超額收益率向量。定義如(rú)下(xi€β​à)條件(jiàn)預期收益率和(hé)條件(jiàn)協方差矩陣$λ:


  

  


如(rú)果已知(zhī)  和(hé)  ,則由這(zhè)  個(gè)資産構造的(de) mean-variance efficienΩ₩♦t portfolio 的(de)權重為(wè♥‌∏i)  。根據資産定價理(lǐ)論,該投資組合與 SDF ≠® Ω以及 factor model 等價,即該投資組合作∏↕♣©(zuò)為(wèi)因子(zǐ)可(kě)以給所有(y ↓π'ǒu)股票(piào)定價。


To see why:


由權重和(hé)個(gè)股收益率可(kě)知(zhī),∞←♥該組合的(de)超額收益率為(wèi)  。令  表示該投資組合的(de)條件(jiàn)預期收益率和(hε$✘γé)方差。根據定義并帶入  可(kě)得(de):


  


  


從(cóng)上(shàng)述推導可(kě)知®☆✘≥(zhī),對(duì) mean-variance ef♣¥ficient portfolio 來(lái)說(shε≈↔uō),  和(hé)  的(de)取值是(shì)一(yī)樣的(de)。接下(xià)來(lái),由  可(kě)知(zhī)  。從(cóng)這(zhè)個(gè)關系出§επ→發做(zuò)如(rú)下(xià)推導:


  


即  。不(bù)幸的(de)是(shì),我們很(hěn)難根據個(gα∞è)股的(de)收益率計(jì)算(suàn)出想要(yào)的(☆♥®de)權重  。先不(bù)說(shuō)事(shì)前估計(jì)問(wèn)題,即便是∞↓↑<(shì)對(duì)協方差矩陣  求逆就(jiù)讓我們望而卻步。所以,使用(yòng)個(gè)股來(lái©✘"≥)構造 mean-variance efficient portf£¥γolio 或者 SDF 是(shì)不(bù)現(x‍£iàn)實的(de)。因此,人(rén)們轉而使用(yòng)多(§αduō)因子(zǐ)模型。


2


一(yī)個(gè)因子(zǐ)可(kě)☆§<™以看(kàn)做(zuò)  個(gè)資産的(de)線性組合。假設共有(yǒu)  個(gè)因子(zǐ),它們的(de)投資組合δ ↔權重由  維權重矩陣  表示,即因子(zǐ)收益率滿足  。因子(zǐ)的(de)條件(jiàn)預期收益率和(hé)><$'協方差矩陣則為(wèi)  和(hé)  。


當使用(yòng)因子(zǐ)取代個(gè‌×¥)股進行(xíng)投資時(shí),人(rén)們關心的α✔(de)是(shì)所構造的(de)所有(yǒu)因子(zǐ)能(néng)♣★≤否捕捉和(hé)使用(yòng)個(gè)股一(yī)樣的(δ§ de)投資機(jī)會(huì)。換句話(huà)說(shuō←¶✘©),即這(zhè)  個(gè)因子(zǐ)能(néng)否 span SDF✘ε♦,又(yòu)或者,通(tōng)過這(zhè)些(xiē)¶♣因子(zǐ)實現(xiàn)的(de)最大(dà)夏普比率平•✔>方和(hé)通(tōng)過個(gè)股實現(xiàn)λ‌₽的(de)最大(dà)夏普比率平方是(sh¶≤÷∑ì)否相(xiàng)等?在實證研究和(hé)投資實踐中,因子(zǐ)投資組合權重  的(de)确定方式千差萬别 —— 比如(××rú) Fama and French (1993) 使用(yòng)根據公司特征進行(xíng) portfoli↓πo sort(并一(yī)舉成為(wèi)π↔δ∞研究範式),又(yòu)比如(rú) Fama and French (2020) 轉而使用(yòng) OLS(和(hé) Barra 類似)•§,再比如(rú)最近(jìn)幾年(nián)一(yī)Ω÷<"些(xiē)結合機(jī)器(qì)學習(xí)算(₽ suàn)法的(de)最新文(wén)章 ®≈(zhāng)直接使用(yòng)經标準化σ​(huà)後的(de)公司特征本身(sh↕α₹←ēn)作(zuò)為(wèi)權重 —— 因此,回答(d←≥∞♦á)上(shàng)述問(wèn)題就(jiù)顯得(de)至關重☆↑↑∏要(yào)。


從(cóng)本文(wén)第一(yī)節的(de)↕≤₹論述可(kě)知(zhī),最大(dà)夏普比率平方(或 SDF)和(hé ±↓")個(gè)股的(de)協方差矩陣密切相(xiàng)關(這(zhè)是(sγ&§¥hì)因個(gè)股的(de)協方差矩陣是(shì)計(jì)算(s≠✔uàn)  的(de)輸入之一(yī))。然而,無論是←✔ ¥(shì) portfolio sort、OLS 還(hái)是(sh≠Ωì)直接使用(yòng)  ,這(zhè)些(xiē)構造因子(zǐ)的(dα¥‍e)方法均未直接考慮個(gè)股的(de)協方差矩≠₹♥​陣。因此,我們有(yǒu)足夠的(de)理(lǐ)由懷疑,雖然Ω ↕使用(yòng)因子(zǐ)繞過了(le)對(duì)  求逆這(zhè)個(gè)mission impossibl≥®'βe,但(dàn)是(shì)代價也(yě)許是(shì)★≤↔≥喪失和(hé)很(hěn)多(duō)投資機(jī)會(• huì)(最大(dà)夏普比率平方)。那(nà)麽,是(​‌πshì)否在一(yī)定的(de)條件(j‌♦≠iàn)下(xià),這(zhè)種損失是(shì)有(yǒu)¶♥<♣限的(de)甚至是(shì)忽略不(bù)計(jì)的(de)呢(β∏ne)?即構造的(de)因子(zǐ)能(néng)夠 δ‌捕捉和(hé)使用(yòng)個(gè)股一(yī)樣λ§♣的(de)投資機(jī)會(huì)。


Kozak and Nagel (2022) 就(jiù)這(zhè)個£ (gè)問(wèn)題從(cóng)三方面展開(kāi)了₩φ≤×(le)精彩的(de)論述:


1. 在什(shén)麽情況下(xià),不'≥π(bù)同權重方法構造的(de)因子(zǐ)能(néng)夠 span SDαΩ‍F;

2. 如(rú)果 1 中的(de)條件(jiàn)無法滿足,< ≈♦則應該如(rú)何解決;

3. 如(rú)何進一(yī)步降維(即最近(jìn)幾年(niá§<≤n)很(hěn)火(huǒ)的(de) PCA、IPCA、PPCA 方法πδ∞♥有(yǒu)效的(de)先決條件(jiàn))。


由于該文(wén)的(de)內(nèi)容非常豐富,§©因此我打算(suàn)将其拆成多(duō)個(gè↕ε∞)部分(fēn)。本文(wén)是(shì)系列第一(yשī)篇,主要(yào)關注第一(yī)個(gè)問(wèn)題。


3


任何討(tǎo)論都(dōu)是(shì)從(cóng)假設 ‍≈開(kāi)始。Kozak and Nagel (20σλ©22) 最基本的(de)假設是(shì)個‍γ(gè)股條件(jiàn)預期收益率  是(shì)公司特征  的(de)線性函數(shù),即  ,其中  是(shì)  維向量。在這(zhè)個(gè)假設下(xià),對(dεδ∏uì)于任意給定的(de)  維可(kě)逆矩陣  ,以權重  構造的(de)因子(zǐ),即  能(néng)夠不(bù)損失投資機(jī)會(hu☆Ω£‍ì)(即 span SDF)。這(zhè)個(gè)‍≠✔結論是(shì) Kozak and Nagel (2022) 的(de) £&•Proposition 1。


舉個(gè)例子(zǐ),取  。将其代入因子(zǐ)收益率表達式可( £βkě)知(zhī)  。不(bù)難看(kàn)出,該因子(zǐ)收益率實際就(jiù"β)是(shì)用(yòng)個(gè)股收益率對(duì↔•≤∞)公司特征做(zuò) GLS 回歸得(de)到(dào¶ ★)的(de)回歸系數(shù)。因此,上(shàng)述 →↓ α 下(xià),我們得(de)到(dào)'δ∏>了(le) GLS 因子(zǐ),使用(yòng)它們代€&替個(gè)股投資可(kě)以得(de)到(dào)相(xiàng)同的(de₽•§ )最大(dà)夏普比率平方。此外(wài),在該構造方法下(x∏πià),因子(zǐ)的(de)預期收益率  ,而個(gè)股對(duì)因子(zǐ)的(de) ☆→<$ 恰好(hǎo)就(jiù)是(shì)公司特征  。


這(zhè)是(shì)因為(wèi),在該  下(xià),  。因此(注意由模型假設有(yǒu)  ,


  


将  代入  有(yǒu)  ,再聯立  ,有(yǒu)  。這(zhè)個(gè)關系的(de)大(dà)白(bái)話(♦ huà)意思是(shì),無論你(nǐ)使用(yòng)公司₽δ>特征當做(zuò)  ,還(hái)是(shì)先用(yòng)公司≈'特征(通(tōng)過 GLS)構造因子(zǐ)再通(t↕♥¶§ōng)過個(gè)股和(hé)因子(zǐ)協方差計(jì)算♠→÷₹(suàn)  ,二者是(shì)完全等價的(de)。所以,在這(zhè)∞β 個(gè)特殊的(de) case 下(xià),which beta 之争根本就(jiù)不(bù)存在。再舉個(gè)更簡單的(de)例子(zǐ),令  為(wèi)  維單位矩陣  。在這(zhè)種情況下(xià),因子(zǐ) ​​收益率為(wèi)  ,且可(kě)以推導出個(gè)股和(hé)因子(™→>σzǐ)收益率的(de)協方差  。上(shàng)述兩個(gè)例子(zǐ)雖然給出了(le)不(bù)損‍☆$£失投資機(jī)會(huì)的(de)因子(zǐ)構造方式,但(dà§★n)是(shì)細心地(dì)小(xiǎo)夥"&≠伴一(yī)定注意到(dào)了(le),在構造✔‍因子(zǐ)時(shí)依然用(yòng)到(dào)了(↔☆‌÷le)個(gè)股協方差矩陣的(de)逆矩陣  ,所以我們并沒有(yǒu)繞過這(zhè)個(g​↔÷εè)問(wèn)題。因此,前面說(shuō)的(de)這(zhè₽λ)些(xiē)僅是(shì)熱(rè)身 ¥(shēn)。下(xià)面就(jiù)來(lái)看(k¥$àn)看(kàn)不(bù)使用(yòng)↔$‍★  的(de)情況。


4


在實際中,我們通(tōng)過公司特征  構造因子(zǐ)時(shí),往往采用(yòng)


  

  


例如(rú),當  時(shí),相(xiàng)當于用(yòng)(經過标準化(huà)之後ש'<的(de))公司特征直接作(zuò)為(wèi)權重(見(jiàn) Ko×₩✔zak, Nagel, and Santosh 2020);又(yòu↕ §)或者當  時(shí),相(xiàng)當于使用(yòng) OLS 求解個(gè)∞€股收益率對(duì)公司特征回歸(見(jiàn) Fama anα∞d French 2020)。由于在這(zhè)些(xiē)選擇中不(bù)涉¥ ‌及  ,因此上(shàng)述 Propositi​✘<on 1 并不(bù)成立。針對(duì)這(zhè)些(xi​×ē)情況,Kozak and Nagel (20Ωα✘✔22) 提出了(le) Proposition 2。


在  假設下(xià),令  ,其中   是(shì)某個(gè)可(kě)逆  維矩陣,那(nà)麽利用(yòng)因子(zǐ)  取代個(gè)股時(shí),不(bù)損失投資機(jφ‍ī)會(huì)(即因子(zǐ) span SDF)的(de)充要(y∞©∏∞ào)條件(jiàn)是(shì)個(gè)股的(•↕de)協方差矩陣滿足如(rú)下(xià)分(fēπ ←n)解:


  


其中  、  以及  是(shì)滿足相(xiàng)應維數(shù)要(yà≠π↔​o)求的(de)矩陣,且  。在實踐中,為(wèi)了(le)盡可(kě)能(néng)滿γ→δ‍足  ,一(yī)個(gè)可(kě)行(xíng)的(de)做(π→zuò)法是(shì)讓  包含更多(duō)的(de)公司特征:哪怕一(yī)些(xiē)特征無法←β≥ 解釋預期收益率的(de)截面差異,而是(shì)隻能(néngε≤β)解釋個(gè)股的(de)協方差,隻要(Ω★£≥yào)它們有(yǒu)助于實現(xiàn)  ,那(nà)麽就(jiù)應該被包含在  中,并用(yòng)來(lái)構造因子(zǐ)投資組合并确保投資機(jδ★₹₽ī)會(huì)。


我們下(xià)面來(lái)看(kàn)看(kàn),在 Proposit☆ ion 2 下(xià),  取   (即 OLS)或者  (即直接使用(yòng)公司特征)時(shí),構造的(↑✔>♠de)因子(zǐ)有(yǒu)哪些(xiē)特點。當  時(shí),  。此時(shí),  ,因此有(yǒu)


  


因此,和(hé)前述 GLS 情況類似,  且  。當  ,即  時(shí),  ,此外(wài),可(kě)推導出  。


利用(yòng)  (這(zhè)是(shì)業(yè)界非常流行(xíng)的(de®ε )使用(yòng)方式),我們再對(duì)  這(zhè)一(yī)約束條件(jiàn)做(zuò)一(yī)個(gè)直∑×觀地(dì)解釋。為(wèi)了(le)使多(duō)因子(z☆ ±ǐ)模型能(néng)夠 span SDF(≈≠或者給所有(yǒu)個(gè)股準确定價),個(gè)λ☆↕股和(hé)因子(zǐ)之間(jiān)的(de)  應能(néng)夠解釋預期收益率的(de)所有φ<↓✔(yǒu)變化(huà)(即   span 預期收益率)。在  時(shí),  由兩部分(fēn)組成:


  


當  時(shí),上(shàng)述中第二項為(wèi)零。由于第↓γ♣$一(yī)項是(shì)  和(hé)某個(gè)可(kě)逆矩陣相(xiàng)∏ ₹乘,且由模型假設已知(zhī)  和(hé)  的(de)線性關系,因此  确實能(néng)夠完美(měi)解釋預期收益率。


然而,當  時(shí)(即約束條件(jiàn)不(bù)滿足),上(♣±±shàng)述第二項不(bù)為(wèi)零。因此  會(huì)被  之外(wài)的(de)部分(fēn)所“污染”,而這(z​★hè)部分(fēn)是(shì)沒有(yǒu)被定價的(de)≠♦¶(因為(wèi)隻有(yǒu)  和(hé)預期收益率有(yǒu)關)。由于 SDF 隻包含Ωγ±被定價的(de)風(fēng)險,而上(≠•shàng)述構造的(de)因子(zǐ)中存在未₩∏ ∏被定價的(de)風(fēng)險,因此使用(yòng∞×™)上(shàng)述因子(zǐ)勢必會(huì)犧牲投資機(jī)✔↓會(huì)。那(nà)麽,在實踐中,當  不(bù)滿足時(shí),能(néngΩ©®)否通(tōng)過某些(xiē)方法對(duì)♣ 沖掉未被定價的(de)風(fēng)險,從(cóng)而構造更好(φ'×αhǎo)的(de)因子(zǐ)呢(ne)?這(zhè)就(jiù)是(shìλ>) Kozak and Nagel (202<$‍2) 一(yī)文(wén)討(tǎo)論的(de)第二個(gè)方面,≥<←£我們擇日(rì)再來(lái)梳理(lǐ)。



參考文(wén)獻

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