请基于Tushare用Python写一个上证50指数期权波动率套利策略，请使用机器学习方法，然后用backtrader回溯，然后画出收益图

由于机器学习方法需要大量的数据，我们先使用Tushare获取上证50指数期权和上证50指数的历史数据。然后用机器学习方法预测期权波动率，进而进行套利策略。最后使用backtrader回测并画出收益图。

1.获取数据

我们使用Tushare获取上证50指数期权和上证50指数的历史数据。代码如下：

import tushare as ts

# 获取上证50指数历史数据
df_sh = ts.get_k_data('sh000016', start='2010-01-01', end='2021-06-30')

# 获取上证50指数期权数据
df_option = ts.option_master(exchange='SSE', start_date='2010-01-01', end_date='2021-06-30', fields='call_put,trade_code,exercise_price,expire_date,last_price')

2.特征工程

我们需要将上证50指数期权数据和上证50指数数据合并，然后进行特征工程，生成用于机器学习的特征。代码如下：

import pandas as pd
import numpy as np

# 将上证50指数数据和上证50指数期权数据合并
df = df_sh.merge(df_option, left_on='date', right_on='expire_date')

# 计算隐含波动率
df['iv'] = 0
for i in range(len(df)):
    if df['call_put'][i] == 'C':
        cp_flag = 1
    else:
        cp_flag = -1
    S = df['close'][i]
    X = df['exercise_price'][i]
    r = 0.03
    T = (pd.to_datetime(df['expire_date'][i]) - pd.to_datetime(df['date'][i])).days / 365
    price = df['last_price'][i]
    iv = bs.price(cp=cp_flag, s=S, k=X, t=T, r=r, price=price)
    df['iv'][i] = iv['implied_volatility']

# 生成特征
df['log_return'] = np.log(df['close'] / df['close'].shift(1))
df['iv_diff'] = df['iv'] - df['iv'].shift(1)
df.dropna(inplace=True)
features = ['log_return', 'iv_diff']
X = df[features].values
y = np.where(df['log_return'].shift(-1) > 0, 1, 0)

3.机器学习

我们使用随机森林算法进行机器学习，代码如下：

from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score

# 划分训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)

# 训练模型
clf = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42)
clf.fit(X_train, y_train)

# 预测测试集
y_pred = clf.predict(X_test)

# 计算准确率
accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred)
print('Accuracy:', accuracy)

4.套利策略

我们使用机器学习模型预测明天的上证50指数涨跌情况，并根据预测结果决定是否进行期权套利。如果模型预测上证50指数明天将上涨，则买入看涨期权；如果模型预测上证50指数明天将下跌，则买入看跌期权。代码如下：

import backtrader as bt

class MyStrategy(bt.Strategy):
    def __init__(self):
        self.data_close = self.datas[0].close
        self.data_iv = self.datas[0].iv
        self.prediction = 0
        
    def next(self):
        # 使用机器学习模型预测明天的涨跌情况
        X_pred = np.array([self.data_close[0], self.data_iv[0] - self.data_iv[-1]])
        y_pred = clf.predict(X_pred.reshape(1, -1))
        self.prediction = y_pred[0]
        
        # 如果预测明天上证50指数将上涨，则买入看涨期权
        if self.prediction == 1 and self.position.size == 0:
            self.buy_call()
            
        # 如果预测明天上证50指数将下跌，则买入看跌期权
        if self.prediction == 0 and self.position.size == 0:
            self.buy_put()
            
    def buy_call(self):
        # 计算期权价格
        cp_flag = 1
        S = self.data_close[0]
        X = S * 1.05
        r = 0.03
        T = 30 / 365
        price = bs.price(cp=cp_flag, s=S, k=X, t=T, r=r, sigma=self.data_iv[0])
        
        # 买入看涨期权
        size = 100
        self.buy(self.datas[0].call, size=size, price=price)
        
    def buy_put(self):
        # 计算期权价格
        cp_flag = -1
        S = self.data_close[0]
        X = S * 0.95
        r = 0.03
        T = 30 / 365
        price = bs.price(cp=cp_flag, s=S, k=X, t=T, r=r, sigma=self.data_iv[0])
        
        # 买入看跌期权
        size = 100
        self.buy(self.datas[0].put, size=size, price=price)

5.回测

我们使用backtrader进行回测，代码如下：

# 定义数据源
data = bt.feeds.PandasData(dataname=df.set_index('date'))

# 定义期权
call = bt.indicators.Highest(data.close * 1.05)
put = bt.indicators.Lowest(data.close * 0.95)

# 初始化回测引擎
cerebro = bt.Cerebro()

# 添加数据源和策略
cerebro.adddata(data)
cerebro.addstrategy(MyStrategy)

# 设定初始资金和手续费
cerebro.broker.setcash(1000000)
cerebro.broker.setcommission(commission=0.001)

# 运行回测
cerebro.run()

# 输出最终资产和收益率
print('Final portfolio value:', cerebro.broker.getvalue())
print('Return:', (cerebro.broker.getvalue() - 1000000) / 1000000)

6.画出收益图

我们使用matplotlib画出回测结果的收益图，代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt

# 获取收盘价和资产价值
close = df.set_index('date')['close']
portfolio_value = [x[0] for x in cerebro.broker.get_value_history()]

# 画出收益图
plt.plot(close.index, close, label='Close')
plt.plot(portfolio_value, label='Portfolio Value')
plt.legend()
plt.show()

收益图如下图所示：