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http://repositorio.yachaytech.edu.ec/handle/123456789/601
Title: | Application of neural networks to chaotic systems in economics. |
Authors: | Mowbray, Duncan John Guagua Torres, Erick Santiago |
Keywords: | Artificial intelligence Machine learning S&P 500 index Predictive modeling Price and volume relationship Inteligencia artificial Aprendizaje automático Índice S&P 500 Modelado predictivo Relación precio y volumen |
Issue Date: | 2-Feb-2023 |
Publisher: | Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay |
Abstract: | The understanding of the market forces that drive the economy, as exemplified in indices such as the S&P 500, is of vital importance for the modeling, prediction, and direction of both developed and emerging economies. Knowledge of or insight into the market’s future performance could reduce risk and increase profits for investors. However, previous attempts to find a predictive model to describe stock-market performance have met with limited success, due to the stochastic nature, non-linearity, and high degree of complexity of such systems. As a first step towards such an understanding of the market, here we analyze the relation between two fundamentals market features: the daily change in price and volume of the S&P 500. First, we use a simple statistical analysis to demonstrate the non-linear behavior of the index on short timescales. To quantify the dependence of the daily change in price on factors other than the change in volume, we have also analyzed the variation in price when the volume is more or less constant and find such other factors could be described as weak white noise. Finally, we train a single-layer neural network model with all neurons densely interconnected and show that although it can reproduce the training data, in agreement with the universal simulation theorem, it is unable to predict the test data, even at a semi-qualitative level. These results demonstrate the need for “deep learning” via multi-layer neural networks to describe the behavior of stock-market indices. |
Description: | El entendimiento de las fuerzas del mercado que impulsan la economía, como se ejemplifica en índices como el S&P 500, es de vital importancia para el modelado, predicción y dirección tanto de economías desarrolladas como emergentes. El conocimiento o la visión de las futuras actuaciones del mercado podrían reducir el riesgo y aumentar las ganancias para los inversores. Sin embargo, los anteriores intentos de encontrar un modelo predictivo para describir el desempeño del mercado de valores han encontrado éxitos limitados debido a la naturaleza estocástica, no linealidad y alto grado de complejidad de tales sistemas. Como primer paso hacia ese entendimiento del mercado, aquí analizamos la relación entre dos características fundamentales del mercado: el cambio diario en el precio y el volumen del S&P 500. Primero, usamos un análisis estadístico simple para demostrar el comportamiento no lineal del índice a corto plazo. Para cuantificar la dependencia del cambio diario en el precio de factores que no sean el cambio en el volumen, también hemos analizado la variación en el precio cuando el volumen es más o menos constante y encontramos que tales otros factores podrían describirse como ruido blanco débil. Finalmente, entrenamos un modelo de red neuronal de una sola capa con todas las neuronas densamente interconectadas y mostramos que, aunque puede reproducir los datos de entrenamiento, de acuerdo con el teorema de simulación universal, es incapaz de predecir los datos de prueba, incluso a un nivel semicalitativo. Estos resultados demuestran la necesidad de "deep learning" a través de redes neuronales de múltiples capas para describir el comportamiento de los índices del mercado de valores. |
URI: | http://repositorio.yachaytech.edu.ec/handle/123456789/601 |
Appears in Collections: | Física |
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