نوآوری‌های صنعتی

نوآوری‌های صنعتی

پیش بینی ریسک مالی و بهینه سازی پرتفولیو با استفاده از ترکیب الگوریتم های شبکه عصبی LSTM و یادگیری ماشین با در نظر گرفتن بازده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مدیریت کسب و کار، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 گروه مهندسی مالی، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
ظهور الگوریتم‌های هوش مصنوعی انقلابی در توانایی ما برای مدل‌سازی و پیش‌بینی پدیده‌های پیچیده ایجاد کرده است، و مسائل مالی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. پژوهش حاضر با هدف ارائه یک مدل پیشرفته برای پیش‌بینی ریسک مالی و بهینه‌سازی سبد سهام، به تلفیق نوآورانه الگوریتم‌های یادگیری ماشین، شبکه‌های عصبی حافظه کوتاه-مدت (LSTM)، و خوشه‌بندی K-Means می‌پردازد. داده‌های مورد استفاده شامل بازده سهام از بورس اوراق بهادار تهران در بازه زمانی فروردین ۱۳۹۹ تا اسفند ۱۴۰۳ است. در گام نخست، با بهره‌گیری از الگوریتم K-Means، نقاط بازده خوشه‌بندی شدند که منجر به شناسایی سه خوشه بهینه گردید. در ادامه، پیش‌بینی بازده سهام با استفاده از سه الگوریتم LSTM، XGBoost و رگرسیون چندگانه صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که الگوریتم LSTM با دقت ۹۱ درصد، نه تنها بالاترین میزان دقت را به خود اختصاص داده، بلکه کمترین خطای پیش‌بینی را نیز ارائه کرده است. سپس، با پیاده‌سازی مدل مارکوویتز، مشخص شد که الگوریتم LSTM منجر به دستیابی به کمترین سطح ریسک می‌شود. در حقیقت، این مطالعه به مقایسه تطبیقی الگوریتم‌های یادگیری ماشین و یادگیری عمیق در فاز اول پیش‌بینی بازده سهام می‌پردازد. در مرحله بعدی، اثرگذاری کلی استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی در محاسبه ریسک سبد سهام در مقایسه با روش‌های سنتی مورد ارزیابی قرار گرفته است. یافته‌ها به وضوح نشان می‌دهد که به‌کارگیری الگوریتم‌های هوش مصنوعی نتایج بهینه‌تر و کارآمدتری را در مدیریت و کاهش ریسک مالی ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Financial risk prediction and portfolio optimization using the combination of LSTM neural network algorithms and machine learning, considering returns

نویسندگان English

Mohammad Khazraei 1
Mahdi Sadeghi Moghaddam 2
1 Department of Business Administration, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Financial Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran
چکیده English

This necessity has been amplified by the emergence and advancement of Artificial Intelligence (AI) algorithms – a technology demonstrating unparalleled potential in modeling and predicting complex economic and financial phenomena. In response to this critical need, the present research introduces a comprehensive framework for financial risk prediction and portfolio optimization. The core approach of this study involves a strategic integration of powerful Machine Learning (ML) algorithms, advanced Long Short-Term Memory (LSTM) neural networks renowned for time-series data analysis, and the K-Means clustering technique for uncovering hidden patterns within the data. The research dataset comprises detailed stock return data from companies operating on the Tehran Stock Exchange over a five-year period, from April 2020 (Farvardin 1399) to March 2025 (Esfand 1403). The initial phase of analysis was dedicated to clustering the return data using the K-Means algorithm. This process resulted in the identification of three distinct and optimal clusters, indicative of grouped stock return behaviors under various market conditions. In the subsequent step, the predictive performance of three prominent algorithms – LSTM, XGBoost (as a robust tree-based model), and multiple regression (as a classic statistical method) – was rigorously evaluated. The findings from this assessment revealed the significant superiority of the LSTM algorithm; achieving an accuracy of 91%, this model not only excelled in predicting stock returns but also registered the lowest error rate compared to the other models. Finally, to assess the risk management aspect, the classic Markowitz portfolio optimization model was implemented using the outputs from the LSTM algorithm. This implementation demonstrated that a portfolio constructed based on LSTM predictions experienced the lowest level of risk. Overall, this study pursues two primary objectives: first, a comparative evaluation of the predictive capabilities of Machine Learning and Deep Learning algorithms; and second, an assessment of the overall impact of employing AI tools in calculating and managing portfolio risk compared to traditional methodologies. The findings of this research strongly emphasize the advantages of utilizing AI algorithms in achieving more optimal and efficient outcomes in the domain of financial risk management.

کلیدواژه‌ها English

Financial risk
portfolio optimization
LSTM
machine learning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 12 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 21 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 22 اردیبهشت 1405