基于模糊時(shí)間序列模型的原油化工品期貨價(jià)格預(yù)測(cè)

劉培培 張肖肖

【摘要】原油和化工產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)和生活中的作用越來越大，把握其價(jià)格運(yùn)行規(guī)律對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營意義重大。本文提出了一種改進(jìn)的模糊時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法，將其應(yīng)用到了上海原油期貨和鄭州盯A期貨的價(jià)格預(yù)測(cè)當(dāng)中。通過樣本數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)，不僅證明了算法的有效性，同時(shí)證明了對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)經(jīng)營也具有指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】原油期貨;PTA期貨;模糊時(shí)間序列;價(jià)格預(yù)測(cè)

隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，能源和化工行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)生活中的影響越來越大。上述兩行業(yè)作為上下游既緊密聯(lián)系，同時(shí)又各具特點(diǎn)。傳統(tǒng)能源例如原油、煤炭和天然氣等產(chǎn)品，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。而下游石化行業(yè)部門龐大，牽涉到工業(yè)和民用的方方面面。原油和化工市場(chǎng)參與者眾多、價(jià)格波動(dòng)率高，而且通常具有波動(dòng)性集簇效應(yīng)。如果能夠把握能源化工產(chǎn)品的價(jià)格走勢(shì)規(guī)律，那么對(duì)于降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，提高企業(yè)運(yùn)行效率，乃至保障國計(jì)民生都將起到重要作用。

從影響力上看，原油是我國最重要的能源之一，2018年我國對(duì)外依存度已經(jīng)達(dá)到70%。原油價(jià)格主要受到供給面、地緣政治、天氣和市場(chǎng)投機(jī)因素的影響。PTA作為原油產(chǎn)業(yè)鏈的終端標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品之一，價(jià)格受到上游原料、行業(yè)產(chǎn)能和下游需求等因素影響。同時(shí)，由于期貨市場(chǎng)具有價(jià)格發(fā)現(xiàn)和套期保值的功能，本文選取上海原油和鄭州PTA期貨作為研究對(duì)象，討論對(duì)這兩種產(chǎn)品的價(jià)格預(yù)測(cè)。

一、模糊時(shí)間序列方法

國內(nèi)學(xué)界和業(yè)界對(duì)能源化工產(chǎn)品的研究很多，如文獻(xiàn)[6，7]等。但是多數(shù)研究非常重視數(shù)學(xué)和算法的作用，較容易出現(xiàn)過度擬合和為了預(yù)測(cè)而預(yù)測(cè)的問題。此外，如果過度依靠?jī)?yōu)化算法，就容易忽視人的主觀能動(dòng)性作用。

模糊時(shí)間序列最早由文獻(xiàn)[8]提出，最初主要應(yīng)用到大學(xué)錄取人數(shù)預(yù)測(cè)、股票指數(shù)預(yù)測(cè)等。文獻(xiàn)[11]將模糊時(shí)間序列應(yīng)用到了國際油價(jià)的預(yù)測(cè)當(dāng)中，但文獻(xiàn)的研究具有以下局限性：

1）缺乏對(duì)模糊區(qū)間的有效性說明。

2）針對(duì)樣本，僅僅將每年前10個(gè)月數(shù)據(jù)用作訓(xùn)練數(shù)據(jù)，后2個(gè)月的數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，進(jìn)行價(jià)格預(yù)測(cè)未能充分利用市場(chǎng)信息。

3）僅將數(shù)據(jù)運(yùn)用到了WT原油的研究中，缺乏對(duì)中國市場(chǎng)運(yùn)行特點(diǎn)的研究。

針對(duì)文獻(xiàn)[11]的不足之處，本文相應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)。第一，模糊時(shí)間序列法相對(duì)于純算法預(yù)測(cè)來說，最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⑷说闹饔^判斷融合到預(yù)測(cè)過程當(dāng)中。我們對(duì)模糊區(qū)間選取方法進(jìn)行改進(jìn)。我們邀請(qǐng)油氣以及化工行業(yè)中的11位行業(yè)專家，采用專家咨詢的方法考察模糊區(qū)間的劃定原則。專家們一致認(rèn)為，把模糊區(qū)間劃分為5個(gè)，更符合人類的認(rèn)知過程，更有利于調(diào)動(dòng)決策者的積極性。第二，計(jì)算方法上，不再把每年的數(shù)據(jù)單獨(dú)分割為訓(xùn)練數(shù)據(jù)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)，采取自啟動(dòng)分步油價(jià)預(yù)測(cè)方法，能夠及時(shí)和充分利用市場(chǎng)中新的交易信息，提高市場(chǎng)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。第三，將模糊時(shí)間序列應(yīng)用到了中國市場(chǎng)中，分別就上海原油和鄭州PTA期貨價(jià)格進(jìn)行分析，得出了上述兩市場(chǎng)的特點(diǎn)。

模糊時(shí)間序列的基本概念定義如下：

1）對(duì)于模糊時(shí)間序列F（t），如果存在模糊集上的關(guān)系R（t+1，t），使得F（t+1）=F（t）。R（t+1，t），那我們就關(guān)系R（t+1，t）稱為F（t）→F（t+1）。

2）如果有兩個(gè)連續(xù)的模糊序列值F（t）=4和F（t+1）=A_j，那么我們就稱上述兩個(gè)模糊值存在關(guān)系A(chǔ)_i→A_j。

3）在給定的模糊時(shí)間序列中，模糊域定義為u=[U_min-D₁，U_max+D₂]，其中U_max和U_min代表了樣本區(qū)間內(nèi)的原油期貨最高價(jià)和最低價(jià)。

本文提出一種改進(jìn)的模糊時(shí)間序列算法，其基本計(jì)算步驟如下。第一步，從當(dāng)前油價(jià)時(shí)間序列中，選定前n個(gè)交易日的價(jià)格序列P（t₁），P（t₂），…，P（t_n），形成自啟動(dòng)樣本S_t;第二步，對(duì)自啟動(dòng)樣本S_t，定義模糊域U_t;第三步，將模糊時(shí)間序列價(jià)格轉(zhuǎn)化為模糊語言數(shù)字：第四步，建立模糊時(shí)間序列關(guān)系，計(jì)算自啟動(dòng)樣本的權(quán)重矩陣，并對(duì)自啟動(dòng)樣本的下一期油價(jià)進(jìn)行預(yù)測(cè)：第五步，將價(jià)格p（t_n+1）加入到原始啟動(dòng)樣本S_t中，形成新的樣本S_t+1，并重新計(jì)算模糊定義域U_t+1;第六步，繼續(xù)按照模糊時(shí)間序列方法，利用樣本S_t+1預(yù)測(cè)價(jià)格P（t_n+2）;第七步，繼續(xù)對(duì)剩余樣本重復(fù)第四步和第五步，直至完成對(duì)價(jià)格的預(yù)測(cè)。

二、期貨價(jià)格數(shù)據(jù)

本文所采用的期貨價(jià)格為上海能源交易所的原油期貨主力合約和鄭州商品交易所PTA期貨主力合約的收盤價(jià)。其中上海原油期貨上市時(shí)間較短，樣本數(shù)量相對(duì)少。上海原油期貨價(jià)格區(qū)間為2018年3月26日至2019年3月6日，共計(jì)230個(gè)交易日，合約均價(jià)為471元/桶。鄭商所PTA價(jià)格數(shù)據(jù)起止日期為2006年12月18日至2019年3月6日，共計(jì)2970個(gè)交易日，合約均價(jià)為7012元/噸。

期貨價(jià)格樣本對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)樣本特性見下表。總體來看，上海原油和鄭州PTA期價(jià)總體上服從正態(tài)分布。雖然上述兩種期貨價(jià)格的極端分布頻次較少，但原油和PTA期價(jià)呈現(xiàn)較大波動(dòng)性，標(biāo)準(zhǔn)差分別為233.54元和1692.7元。由此可見，能源化工產(chǎn)品面臨極端價(jià)格的影響，如果能夠?qū)ζ谪泝r(jià)格進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，將有助于行業(yè)企業(yè)進(jìn)行套期保值業(yè)務(wù)和現(xiàn)貨交易業(yè)務(wù)。

三、模型預(yù)測(cè)結(jié)果

同時(shí)，我們對(duì)所有樣本的價(jià)格、預(yù)測(cè)價(jià)格、標(biāo)準(zhǔn)差和均方根誤差進(jìn)行作圖。從價(jià)格走勢(shì)上看，本文所采用的模糊時(shí)間序列算法，在對(duì)應(yīng)無論是對(duì)僅有230個(gè)數(shù)據(jù)的上海原油小樣本，還是對(duì)有2970個(gè)大樣本的鄭州PTA期價(jià)預(yù)測(cè)均起到了較好的結(jié)果，預(yù)測(cè)出來的價(jià)格總體上能較緊密地貼近實(shí)際價(jià)格走勢(shì)。其次，在方向性預(yù)測(cè)的方面，在價(jià)格出現(xiàn)較大波動(dòng)的時(shí)候，模糊時(shí)間序列能及時(shí)反映出價(jià)格變化的方向。

四、結(jié)論和意義

從現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義上看，采用本文提出的模糊時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法，能夠協(xié)助原油和PTA產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)做好價(jià)格預(yù)測(cè)，降低價(jià)格波動(dòng)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)市場(chǎng)波動(dòng)加劇時(shí)，預(yù)示著市場(chǎng)可能進(jìn)一步出現(xiàn)波動(dòng)，必須做好套期保值業(yè)務(wù)。同時(shí)，在市場(chǎng)價(jià)格形成趨勢(shì)的時(shí)候，往往會(huì)沿著目前方向繼續(xù)運(yùn)行，必須提前做好市場(chǎng)預(yù)測(cè)和分析。最后，也應(yīng)當(dāng)看到，雖然模糊時(shí)間序列方法輔助了價(jià)格預(yù)測(cè)，但是在預(yù)測(cè)的精確度上仍有誤差。下一步研究工作的重點(diǎn)在于提高模型的準(zhǔn)確度方面。