Метод декомпозиции сигнатуры, применяемый к парному трейдингу

6/10

Zihao Guo · Zhongtai Securities Institute for Financial Studies, Shandong University, Jinan, China

Hanqing Jin · Mathematical Modelling and Data Analytics Center, Oxford Suzhou Centre For Advanced Research, Suzhou, China; Mathematical Institute, University of Oxford, UK

Jiaqi Kuang (corresponding author) · Mathematical Modelling and Data Analytics Center, Oxford Suzhou Centre For Advanced Research, Suzhou, China

Zhongmin Qian · Oxford Suzhou Centre For Advanced Research, Suzhou, China; Mathematical Institute, University of Oxford, UK

Jinghan Wang · Zhongtai Securities Institute for Financial Studies, Shandong University, Jinan, China

16 октября 2025 · arXiv v2

Оригинал: Guo, Z., Jin, H., Kuang, J., Qian, Z. and Wang, J. «Signature Decomposition Method Applying to Pair Trading» — arxiv.org/abs/2505.05332 (PDF, 27 стр.).

Рис. 1–12 воспроизведены из оригинальной публикации.

Ключевые слова: Rough Path, Signature Method, Quantitative Finance, Pair Trading.

Классификация arXiv: econ.GN

Аннотация

Высокочастотные количественные торговые стратегии давно привлекают значительный интерес на рынке фьючерсов. Продвинутый статистический арбитраж и глубокое обучение улучшают обработку высокочастотных данных, но сужают возможности для традиционных методов и дают менее интерпретируемые, нестабильные стратегии. Поэтому разработка устойчивых и интерпретируемых количественных стратегий остаётся приоритетом на фьючерсных рынках. В настоящем исследовании предлагается новая стратегия парного трейдинга на основе математического понятия сигнатуры пути (path signature), служащей представлением признаков временного ряда. Сигнатура пути декомпозируется на два новых индикатора: индикатор взаимодействия путей — сегментированная сигнатура (segmented signature) — и направленный индикатор — ковариация приращений (covariation of increments); оба используются как двойные фильтры при проектировании стратегии. Эмпирические эксперименты на минутных данных фьючерсов показывают, что предложенная стратегия существенно превосходит традиционный парный трейдинг по доходности, максимальной просадке и коэффициенту Шарпа. Метод повышает интерпретируемость и устойчивость при сохранении сильной доходности, демонстрируя потенциал сигнатур путей в финансовой торговле.

1. Введение

На финансовых рынках участники стремятся к устойчивым, стабильно прибыльным стратегиям и индикаторам. Среди них арбитражные стратегии обычно считаются относительно менее рискованным инвестиционным подходом: одновременная покупка и продажа нескольких финансовых активов хеджирует большую часть рыночных рисков (Dybvig & Ross, 1989; Yadav & Pope, 1990; Liew & Wu, 2013; Krauss, 2017). Парный трейдинг (Vidyamurthy, 2004; Elliott et al., 2005) — один из популярных и широко используемых видов статистического арбитража при торговле акциями (Chen et al., 2019), фьючерсами и опционами (Draper & Fung, 2002). Суть парного трейдинга — торговля спредом цен двух коррелированных активов. Когда спред отклоняется от ожидаемого значения, стратегия открывает long на относительно недооценённый актив и short на переоценённый, закрывая позиции после возврата спреда к нормальному уровню. Арбитражные возможности обычно возникают на неидеальных рынках, но по мере эксплуатации участниками спред быстро исчезает (Krauss, 2017). Кроме того, на сложных рынках одной линейной корреляции недостаточно (Elliott et al., 2005): спред часто не просто разность или отношение цен, а нелинейная функция множества признаков. Поэтому интерпретируемая стратегия парного трейдинга, учитывающая линейные и нелинейные структуры, представляет значительный интерес.

Извлечение нелинейных признаков и захват сложных паттернов из финансовых временных рядов — одна из главных задач финансового анализа данных. Считается, что модели, способные улавливать нелинейность, эффективнее традиционных линейных. Финансовые потоки данных обычно высоконелинейны, случайны и сложны, и линейные модели не могут полностью их описать. Для улучшения стат-арбитража исследовали различные нелинейные подходы: показатель Hurst для выявления mean-reverting режимов в equity-парах (Bui & Ślepaczuk, 2022), graph-based кластеризацию для мультипарных портфелей (Korniejczuk & Ślepaczuk, 2024). Эти работы полезны, но слабо захватывают краткосрочные path-dependent взаимодействия, критичные для HFT. С развитием ИИ ML и DL (MLP, SVM, DNN, LSTM, Transformer) всё чаще применяются для нелинейных признаков, но страдают от плохой интерпретируемости: обучение — «чёрный ящик» с ограниченной управляемостью, что может давать нестабильные решения. Применение таких моделей в количественных стратегиях требует осторожности.

Модели с высокой интерпретируемостью и способностью извлекать нелинейные признаки особенно привлекательны для участников количественных финансов. Сигнатура — хороший синтез упорядоченных потоков данных (высокочастотные внутридневные данные часто трактуют как непрерывные потоки), захватывающий нелинейные признаки в явной форме. Понятие path signature введено Lyons (T. J. Lyons, 1998), см. также Lyons and Qian (T. Lyons & Qian, 2002) в контексте rough path analysis. Ключевая идея: информация сложных динамических систем полностью характеризуется сигнатурой. Сигнатура непрерывного пути \(X\) — последовательность итерационных тензорных интегралов: \(S(X) = (1, X^1, X^2, \cdots)\), где \(X^n\) — \(n\)-й порядок. Отображение сохраняет геометрическую и топологическую информацию и даёт полное описание пути. Через разложение Тейлора сигнатура позволяет извлекать нелинейные признаки высших порядков, корреляции и path dependencies.

Эти свойства делают сигнатуры перспективными для высокочастотных данных. Gyurkó et al. (2014) классифицировали финансовые потоки и различали режимы рынка; Kalsi et al. (2020) решали задачу optimal execution через усечённую сигнатуру. Сигнатуры успешно применялись к path-dependent задачам: американские опционы (Bayer et al., 2023), генерация временных рядов (Ni et al., 2021) и др. Три ключевых элемента: (1) инвариантность к сдвигу времени — адаптация к разной частоте семплирования и baseline drift; (2) высшие порядки для нелинейных признаков (кривизна, волновые режимы); (3) Lead-Lag преобразование дискретного потока в непрерывный путь.

Однако применение сигнатур в торговых стратегиях не изучалось систематически. Комбинации с LSTM и Transformer (Levin et al., 2013; Chevyrev & Kormilitzin, 2016) фокусируются на одном пути, а не на совместных. Усечённая сигнатура страдает от проклятия размерности: число признаков \(n\)-го порядка для \(d\)-мерного пути растёт как \(O(d^n)\). Математическая формулировка элегантна, но финансовая интерпретация абстрактна. Ключ — построить интерпретируемые индексы на основе сигнатур и применить их в стат-арбитраже.

Мотивированные этими проблемами, мы предлагаем новый path feature — сегментированную сигнатуру (segmented signature). Декомпозиция исходной сигнатуры даёт segmented signature (трансформация Lévy area) для отражения интерактивной информации и динамики тренда нескольких ценовых рядов. Это эффективный нелинейный признак path interactivity, естественно применимый в парном трейдинге как фильтр, повышающий точность решений. Эмпирически декомпозированный член — произведение разностей путей (path difference product) — тоже значим: показывает, движутся ли пути в одном направлении. На основе анализа и численных экспериментов предлагается стратегия SE-SIG-DIFF с двойными фильтрами: segmented signature и covariation of increments. Результаты показывают значительное улучшение Sharpe ratio, доходности, контроля max drawdown.

Вклад работы. (1) Предложена segmented signature — интерпретируемый индикатор path interactivity с низкой вычислительной сложностью. (2) Сигнатура декомпозируется на segmented signature и covariation of increments; двойные фильтры существенно улучшают парный трейдинг. (3) Метод интересен исследователям rough path theory и количественным стратегиям.

Структура: раздел 2 — теория сигнатур и segmented signature; раздел 3 — методология (SE-SIG-DIFF, данные, отбор активов); раздел 4 — эмпирические результаты и статистические тесты; раздел 5 — выводы.

2. Декомпозиция сигнатуры

2.1. Теория метода сигнатур

Краткий обзор сигнатуры и её свойств; подробности — в (T. Lyons & Qian, 2002) и (T. J. Lyons, 1991). Пусть \(\mathbb{R}^d\) — \(d\)-мерное евклидово пространство, \(V^p(J, E)\) — множество непрерывных путей \(X: J \to E\) конечной \(p\)-вариации на компактном интервале \(J\).

Сигнатура. Для \(X \in V^p(J, \mathbb{R}^d)\) сигнатура \(S(X)_J\) — бесконечная последовательность \(X_J^n\):

\[ S(X)_J = \left(1, X_J^1, X_J^2, \cdots, X_J^n, \cdots\right), \quad X_J^n = \int_{t_1 < \cdots < t_n;\; t_1\cdots t_n \in J} \cdots \int dX_{t_1} \otimes \cdots \otimes dX_{t_n} \in (\mathbb{R}^d)^{\otimes n} \]

Усечённая сигнатура степени \(n\): \(S_n(X)_J = (1, X_J^1, \cdots, X_J^n)\). Сигнатура — важная геометрическая характеристика пути: члены 1-го порядка — приращения, 2-го — площади, ограниченные двумя путями. \(S(X)\) определяет \(X\) с точностью до tree-like equivalence (Hambly & Terry, 2010).

На практике полная сигнатура не вычислима; используется усечённая. Усечение отбрасывает высшие порядки, но свойство information attenuation (T. Lyons et al., 2006) гарантирует факториальное затухание высших членов:

\[ \|X\|_{n_1} = \sup_{\{t_i\} \in J} \sum_{1 \le i_1, \cdots, i_n \le d} \left| \int \cdots \int dX_{t_1}^{(i_1)} \cdots dX_{t_n}^{(i_n)} \right| \le \frac{\|X\|_1^n}{n!} \]

где \(\|X\|_1 = \sup_{\{t_i\} \in J} \sum_i |X_{t_{i+1}} - X_{t_i}|\). Усечённая сигнатура — эффективное представление path-dependent данных.

Для средне- и высокочастотных финансовых данных сигнатура извлекает структурные признаки. Обозначения: \(X_t^{(i)} \in \mathbb{R}^d\) — \(i\)-я координата пути в момент \(t\); \(X_{s,t}^n \in (\mathbb{R}^d)^{\otimes n}\) — \(n\)-й порядок сигнатуры на \([s,t]\). Один индекс времени — значение пути; два — сигнатура на интервале.

2.2. Сегментированная сигнатура

Прямое использование исходной сигнатуры как индикатора ограничено. Сигнатура 1-го порядка \(X_t - X_s\) — разность пути (приращение цены). Матрица 2-го порядка \(X_{s,t}^2 \in \mathbb{R}^{d \times d}\) содержит много абстрактной информации; некоторые трансформации соответствуют Lévy area. В финансах это лишь приблизительная мера сложности пути. Мы декомпозируем сигнатуру для более ясного path feature.

Из-за information attenuation достаточно 2-го порядка. Для \(d=2\) компонент \(X_{s,t}^{(i,j)}\):

\[ X_{s,t}^{(i,j)} = \int_{s < u_1 < u_2 < t} dX_{u_1}^{(i)} \, dX_{u_2}^{(j)}, \quad i,j = 1,2 \]

С учётом соотношений \(X_{s,t}^{(i,j)} + X_{s,t}^{(j,i)} = X_{s,t}^{(i)} X_{s,t}^{(j)}\) и \(X_{s,t}^{(i,i)} = (X_{s,t}^{(i)})^2/2\), матрица \(X_{s,t}^2\) раскладывается на \(A_{s,t}^2 + D_{s,t}^2\):

\[ X_{s,t}^{(i,j)} = A_{s,t}^{(i,j)} + D_{s,t}^{(i,j)}, \quad A_{s,t}^{(i,j)} = \tfrac{1}{2}\left(X_{s,t}^{(i,j)} - X_{s,t}^{(j,i)}\right), \quad D_{s,t}^{(i,j)} = \tfrac{1}{2} X_{s,t}^{(i)} X_{s,t}^{(j)} \]

\(A_{s,t}^{(i,j)}\) — Lévy area (Levin et al., 2013), отражающая взаимосвязь путей; \(D_{s,t}^2\) — произведение приращений путей.

Lévy area — простой случай
Рис. 1. Lévy area между \(X^{(1)}\) и \(X^{(2)}\) (простой случай).
Lévy area — сложный случай
Рис. 2. Lévy area между \(X^{(1)}\) и \(X^{(2)}\) (сложный случай).

Lévy area = \(A^+ - A^-\). Интуитивно она отражает степень взаимодействия путей: при сильной корреляции взаимодействие выровнено, площадь меньше. При абсолютной линейной корреляции траектория совпадает с хордой, \(A_{s,t}^{(1,2)} = 0\). Обратное неверно: нулевая площадь может быть из-за взаимной компенсации \(A^+\) и \(A^-\).

Для решения этой проблемы вводится сегментированная сигнатура — матрица \(C_{s,t}^2\) с компонентами:

\[ C_{s,t}^{(i,j)} = \sum_{r=0}^{n-1} \left| A_{t_r, t_{r+1}}^{(i,j)} \right| \]

где \(t_0 = s\), \(t_n = t\), а \(t_r\) — точки пересечения хорды с траекторией (рис. 3). На каждом сегменте берётся модуль Lévy area.

Сегментированная Lévy area
Рис. 3. Сегментированная Lévy area между \(X^{(1)}\) и \(X^{(2)}\).
Сравнение A и C
Рис. 4. Примеры, описываемые \(A_{s,t}^{(1,2)}\) и \(C_{s,t}^{(1,2)}\).

Преимущества segmented signature. (1) Если \(C_{s,t}^{(1,2)} = 0\), активы полностью линейно коррелированы — чего нельзя сказать о \(A_{s,t}^{(1,2)}\) (рис. 4, случаи 1–2). (2) Меньшие значения \(C\) указывают на более сильное взаимодействие путей (случаи 3–4). (3) \(C\) всегда неотрицательна, знак \(A\) трудно интерпретировать (случаи 5–6). Segmented signature фильтрует информацию, не связанную с взаимодействием путей, и лучше подходит как нелинейный торговый сигнал.

После декомпозиции \(X_{s,t}^2\) на \(A_{s,t}^2\) и оптимизации до \(C_{s,t}^2\) остаётся матрица \(D_{s,t}^2\), часто игнорируемая в литературе, но значимая эмпирически (раздел 4). Знак \(D_{s,t}^{(1,2)}\) показывает, движутся ли переменные в одном направлении — положительная или отрицательная корреляция. Мы называем \(D_{s,t}^{(1,2)}\) ковариацией приращений (covariation of increments). Теория согласована в высших размерностях; для парного трейдинга используются \(A_{s,t}^{(1,2)}\), \(C_{s,t}^{(1,2)}\), \(D_{s,t}^{(1,2)}\).

3. Методология

3.1. Парный трейдинг, данные и параметры

Segmented signature отражает взаимодействие двух активов — естественно для парного трейдинга. Стратегия рыночно-нейтральна: при отклонении спреда от исторического среднего открываются противоположные позиции с ожиданием mean reversion. Данные — минутные фьючерсы с 1 ноября 2024 по 31 декабря 2024 на китайском и американском рынках. \(X_t^{(1)}\), \(X_t^{(2)}\) — цены двух активов; берётся логарифм для стабилизации ряда.

Статистика \(Z_t\) в скользящем окне \(w\):

\[ Z_t = \frac{S_t - \mu_t}{\sigma_t}, \quad S_t = \log(X_t^{(1)}) - \beta \log(X_t^{(2)}) \]

\(\beta\) — коэффициент регрессии (число лотов) для risk-neutral позиционирования; \(\mu_t\), \(\sigma_t\) — скользящее среднее и стандартное отклонение спреда на \([t-w, t]\). При пороге \(Z_{\mathrm{score}}\) отклонение \(Z_t \notin [-Z_{\mathrm{score}}, Z_{\mathrm{score}}]\) — сигнал. В эксперimentах \(w = 60\), \(Z_{\mathrm{score}} = 2\). Сигналы: \(Z_t > Z_{\mathrm{score}}\) — short \(X^{(1)}\), long \(X^{(2)}\); \(Z_t < -Z_{\mathrm{score}}\) — наоборот; закрытие при \(Z_t \to 0\). Реализация следует (Vidyamurthy, 2004; Stempień & Ślepaczuk, 2025; Chen et al., 2019); каркас — алгоритм 1.

Транзакционные издержки: round-trip 0,05% номинала на сделку — консервативная оценка для китайских фьючерсов (биржевые сборы, брокерская наценка, проскальзывание). Для США commodity futures типично 0,01–0,02%, для менее ликвидных — до 0,04%; для сопоставимости также используется 0,05%.

Риск-менеджмент: stop-loss ограничивает убыток на сделку максимальной просадкой стратегии за два месяца до торгового периода; порог фиксирован на весь период (в отличие от dynamic volatility scaling, Ślusarczyk & Ślepaczuk, 2025).

Алгоритм 1. Стратегия парного трейдинга.

Вход: X⁽¹⁾, X⁽²⁾ — ценовые ряды; w — размер окна; Zscore — порог
1. L⁽¹⁾ ← log(X⁽¹⁾); L⁽²⁾ ← log(X⁽²⁾)
2. Регрессия L⁽¹⁾ = α + β·L⁽²⁾ + ε → оптимальный hedge ratio β
3. S_t ← L⁽¹⁾_t − β·L⁽²⁾_t
4. Для t = w+1 … T:
     µ_t ← mean(S_{t-w…t}); σ_t ← std(S_{t-w…t}); Z_t ← (S_t − µ_t)/σ_t
     если Z_t > Zscore → short X⁽¹⁾, long X⁽²⁾
     иначе если Z_t < −Zscore → long X⁽¹⁾, short X⁽²⁾
     иначе → hold

3.2. Отбор активов

Отбор сочетает экспертное суждение и статистику. Активы одной широкой категории (например, драгметаллы) предполагаются коррелированными. Для конкретных пар требуются высокая корреляция и mean reversion спреда.

Металлические фьючерсы (Китай): AU (золото), AG (серебро), SN (олово), AL (алюминий), CU (медь), NI (цинк). Корреляция Пирсона > 0,5 — сильная связь. Матрица корреляций — табл. 1.

Таблица 1. Матрица коэффициентов корреляции Пирсона для металлических фьючерсов.
AUAGCUALSNNI
AU1,00000,76930,19900,58950,56540,3539
AG0,76931,00000,55460,67040,65810,6869
CU0,19900,55461,00000,73930,67540,4879
AL0,58950,67040,73931,00000,94100,7567
SN0,56540,65810,67540,94101,00000,7128
NI0,35390,68690,48790,75670,71281,0000

NI исключается (корреляция < 0,5 с AU). Для mean reversion используется обобщённый показатель Hurst (GHE) (Bui & Ślepaczuk, 2022):

\[ E_p(s) = \frac{\mathrm{mean}(|X(t+s) - X(t)|^p)}{\mathrm{mean}(|X(t)|^p)}, \quad E_p(s) \propto s^{qH(q)}, \quad H(q) \text{ — коэффициент регрессии } \log E_p(s) \text{ на } q\log(s) \]

\(H \in (0, 0{,}5)\) — mean reversion; \(H \in (0{,}5, 1)\) — momentum. При \(q=1\) — классический Hurst. Табл. 2 — Hurst спреда металлов; пары с CU исключаются (\(H > 0{,}5\)). Остаются AU, AG, AL, SN.

Таблица 2. Показатель Hurst спреда в группе металлических фьючерсов.
AU&AGAU&CUAU&ALAU&SNAG&CUAG&ALAG&SNCU&ALCU&SNAL&SN
Max0,46420,67850,46300,46340,67400,46790,45930,54590,55590,4578
Min0,01420,12240,07250,08040,11660,09520,01690,11180,11830,0794
Mean0,21680,39190,21110,22200,21390,20490,21380,29760,29760,2052
Временной ряд Hurst для металлов
Рис. 5. Временной ряд показателя Hurst для отобранных металлических фьючерсов.

Пять групп фьючерсов для бэктеста:

3.3. Торговая стратегия на сигнатурах

Меньшие \(C_{s,t}^{(1,2)}\) указывают на более сильную нелинейную корреляцию. Сделка рассматривается только при одновременном наличии линейного и нелинейного сигналов корреляции и ценового отклонения. Порог сигнатуры — историческое среднее (без look-ahead bias, Stempień & Ślepaczuk, 2025). Для активов одной категории ожидается положительный направленный сигнал \(D_{s,t}^{(1,2)} > 0\).

Четыре стратегии:

Алгоритм 2. SE-SIG-DIFF.

Для каждого момента i = 1 … T:
  (C⁽¹,²⁾, D⁽¹⁾, D⁽²⁾) ← Signature(X⁽¹⁾_i, X⁽²⁾_i, α)
  если C⁽¹,²⁾ < historical_mean(C⁽¹,²⁾):
    если D⁽¹⁾ × D⁽²⁾ > 0 и сработало условие парного трейдинга:
      сигнал по направлению Z-score (long/short)
    иначе → hold
  иначе → hold

Условие \(C^{(1,2)} < \overline{C^{(1,2)}}\) означает усиление взаимодействия путей; \(D^{(1)} \times D^{(2)} > 0\) — одновременное движение цен. Только при обоих условиях проверяется триггер парного трейдинга.

4. Применение сегментированной сигнатуры в парном трейдинге

4.1. Расчёт сегментированной сигнатуры

Фьючерсы разбиты на пять групп по реалистичной корреляции. Окно \(w = 60\) минут; логарифм цен; шаги расчёта segmented signature:

  1. Предобработка: log цены
  2. Линейная интерполяция между точками
  3. Сегментация: точки пересечения траектории с хордой
  4. Накопление площадей между путём и хордой на каждом сегменте

Ось \(X^{(1)}\), ось \(Y = X^{(2)}\). Хорда между \((X_0^{(1)}, X_0^{(2)})\) и \((X_T^{(1)}, X_T^{(2)})\); пересечение линейного сегмента с хордой — crossing point, если \(x\)-координата между соседними точками (рис. 6).

Crossing point
Рис. 6. Пересечение считается crossing point (слева) и не считается (справа).

Пример AU & AG: сигнатура и segmented signature за девять торговых дней — рис. 7. Коэффициент вариации \(\sigma/\mu\) (с учётом сдвига для знаковой сигнатуры) — табл. 3: segmented signature обычно более «рассеянна», что делает её лучшим фильтром.

Сигнатура и segmented signature AU и AG
Рис. 7. Сигнатура и сегментированная сигнатура для AU и AG.
Таблица 3. Коэффициент вариации сигнатуры и segmented signature (группа 1, фрагмент).
ДатаТипAU&AGAU&ALAU&SNAL&AGAG&SNAL&SN
12/16signature0,97610,15680,42330,26180,91130,5147
12/16segmented1,04841,23941,60000,96491,11200,8230
12/20signature0,86520,24120,40670,45690,22840,2760
12/20segmented0,90460,85020,77950,71960,86560,7558
12/26signature0,79720,47270,52670,43300,59070,3354
12/26segmented0,80330,78111,12380,86251,10650,6852

4.2. Эмпирические результаты

Метрики: общая доходность; средняя дневная доходность; max drawdown; стандартное отклонение; Sharpe ratio; число сделок (Count).

Группа 1 (металлы). Табл. 4 — производительность; табл. 5 — Sharpe. SE-SIG и SE-SIG-DIFF повышают доходность относительно NO SIG и SIG; SE-SIG-DIFF снижает max drawdown. Лучший пример: AL&AG — Sharpe SE-SIG-DIFF 3,03 vs 0,45 (NO SIG).

Таблица 4. Производительность стратегий на парах фьючерсов (группа 1, фрагмент).
ПараСтратегияДоходностьДн. доход.Max DDStdSharpeCount
AU&AGNO SIG2,27%0,041%−1,95%0,551,002398
AU&AGSE-SIG-DIFF2,64%0,048%−1,29%0,461,441335
AU&ALNO SIG2,48%0,045%−1,64%0,401,571801
AU&ALSE-SIG-DIFF3,74%0,069%−1,57%0,352,83667
AL&AGNO SIG1,42%0,024%−2,99%0,650,451783
AL&AGSE-SIG-DIFF6,63%0,120%−1,81%0,593,03550
Таблица 5. Сравнение Sharpe ratio (группа 1).
СтратегияAU&AGAU&ALAU&SNAL&AGAG&SNAL&SN
NO SIG1,001,57−2,140,45−1,81−0,95
SIG−0,280,19−0,140,50−0,40−0,06
SE-SIG1,292,48−0,041,230,951,21
SE-SIG-DIFF1,442,832,103,031,061,01
Кумулятивный баланс группа 1
Рис. 8. Кумулятивный баланс разных стратегий (группа 1).

Группа 2 (сельхоз). Табл. 6–7; рис. 9. SE-SIG-DIFF лучше по Sharpe на всех парах; пример C&B: Sharpe 2,42 vs 1,89.

Таблица 6. Производительность (группа 2, фрагмент).
ПараСтратегияДоходностьSharpeMax DD
C&BNO SIG3,40%1,89−1,87%
C&BSE-SIG-DIFF4,42%2,42−2,35%
B&MNO SIG4,78%2,80−3,05%
B&MSE-SIG-DIFF6,64%3,66−1,80%
Кумулятивный баланс группа 2
Рис. 9. Кумулятивный баланс разных стратегий (группа 2).

Группа 3 (нефтепродукты). Табл. 8–9; рис. 10. Исходная сигнатура (SIG) иногда ухудшает результат; SE-SIG-DIFF сильно улучшает SC&Y (Sharpe 5,38 vs 2,82).

Кумулятивный баланс группа 3
Рис. 10. Кумулятивный баланс разных стратегий (группа 3).

Группы 4–5 (США). Табл. 10–13; рис. 11–12. Выводы согласуются с группами 1–3: SE-SIG-DIFF превосходит baseline; оба индикатора \(C\) и \(D\) критичны.

Таблица 10. Производительность (группа 4, США металлы).
ПараNO SIGSE-SIG-DIFFSharpe NO SIGSharpe SE-SIG-DIFF
GC&SI0,81%3,45%0,302,91
GC&PA−2,49%2,61%−1,811,21
SI&PA−5,46%−0,85%−3,42−0,84
Кумулятивный баланс группа 4
Рис. 11. Кумулятивный баланс разных стратегий (группа 4).
Таблица 11. Sharpe ratio (группа 5, США сельхоз, фрагмент).
СтратегияZC&ZWZC&ZSZC&ZLZS&ZL
NO SIG2,675,683,65−1,03
SE-SIG-DIFF3,255,923,94−0,02
Кумулятивный баланс группа 5
Рис. 12. Кумулятивный баланс разных стратегий (группа 5).

Четыре главных вывода. (1) SE-SIG-DIFF лучше по Sharpe на большинстве пар; на части пар достигает положительного Sharpe при отрицательном у baseline. SIG как фильтр иногда увеличивает убытки из-за «смешанной» информации. (2) Рост Sharpe в основном за счёт доходности, а не снижения std. (3) Max drawdown с SE-SIG-DIFF значительно ниже на большинстве пар. (4) Число сделок уменьшается — отфильтровываются убыточные транзакции и экономятся комиссии.

4.3. Устойчивость и статистические тесты

Robustness: чувствительность к \(Z_{\mathrm{score}} \in \{1{,}5, 2, 2{,}5\}\) и \(w \in \{30, 60, 90\}\). Табл. 14 — средний прирост Sharpe относительно NO SIG. SE-SIG-DIFF стабильно лучше (пример: группа 1, \(Z=2\), \(w=60\): +2,23; группа 5: +1,48).

Таблица 14. Средний прирост Sharpe ratio (фрагмент: \(Z_{\mathrm{score}}=2\), \(w=60\)).
СтратегияГр. 1Гр. 2Гр. 3Гр. 4Гр. 5
SIG0,28−0,30−0,21−0,440,57
SE-SIG1,500,180,291,660,69
SE-SIG-DIFF2,231,061,412,701,48

Статистическая значимость: тест JK–Memmel (Jobson & Korkie, 1981; Memmel, 2003) для сравнения Sharpe:

\[ H_0: \Delta\mathrm{Sharpe} \le 0, \quad H_1: \Delta\mathrm{Sharpe} > 0, \quad \Delta\mathrm{Sharpe} = S_{\mathrm{SE\text{-}SIG\text{-}DIFF}} - S_{\mathrm{NO\text{-}SIG}} \] \[ F = \frac{\Delta\mathrm{Sharpe}}{\sqrt{\widehat{\mathrm{Var}}(\Delta\mathrm{Sharpe})}}, \quad p = 1 - \Phi(F) \]

При \(\alpha = 0{,}05\) и \(w=60\), \(Z_{\mathrm{score}}=2\) все \(p\)-values в табл. 15 существенно ниже 0,05.

Таблица 15. p-value теста Sharpe ratio (\(w=60\), \(Z_{\mathrm{score}}=2\), фрагмент).
ГруппаПары (p-value)
1AUAG 0,015; AUAL \(3{,}18\times10^{-9}\); AUSN \(7{,}81\times10^{-13}\); ALAG \(3{,}25\times10^{-5}\)
2CB 0,0121; CCF \(7{,}19\times10^{-11}\); CM 0,0089; BCF \(2{,}67\times10^{-17}\)
3MASC \(5{,}11\times10^{-11}\); SCY \(3{,}48\times10^{-18}\); RBY \(3{,}62\times10^{-14}\)
4GCSI \(4{,}35\times10^{-33}\); GCPA \(6{,}32\times10^{-21}\); SIPA \(6{,}32\times10^{-15}\)
5ZCZW \(6{,}59\times10^{-4}\); ZCZS 0,0116; ZWZL \(4{,}05\times10^{-6}\); ZSZL \(7{,}81\times10^{-7}\)

5. Заключение

Работа исследует применение метода сигнатур в средне- и высокочастотной торговле фьючерсами и демонстрирует использование нелинейных признаков сигнатуры в арбитражных стратегиях. Сигнатура декомпозируется на segmented signature и направление пути (covariation of increments), что улучшает индикаторы отклонения цен в парном трейдинге. Численные результаты и статистические тесты подтверждают преимущество SE-SIG-DIFF над традиционной сигнатурой: стратегия прибыльна, контролирует риск, интерпретируема и пригодна для практики.

Вклад: (1) впервые сигнатуры как фильтры в парном трейдинге с существенным ростом Sharpe; (2) segmented signature интерпретируемее классической сигнатуры; (3) метод извлечения нелинейных признаков из высокочастотных данных.

Дальнейшие исследования: расширение на акции и опционы, симуляции и реальная торговля; учёт исполнения заявок, ликвидности и смены рыночных режимов.

Доступность данных. Данные доступны у corresponding author по обоснованному запросу (RQData, CME через Oxford Suzhou Centre For Advanced Research).

Конфликт интересов. Авторы не сообщают о конфликте интересов.

Литература

Оригинал статьи: Guo et al., «Signature Decomposition Method Applying to Pair Trading», arXiv:2505.05332