Michael Halls Moore Successful Algorithmic Trading 2015

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Contents

I Introducing Algorithmic Trading 1

1 Introduction to the Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1 Introduction to QuantStart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 What is this Book? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Who is this Book For? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 What are the Prerequisites? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.5 Software/Hardware Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.6 Book Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.7 What the Book does not Cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.8 Where to Get Help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 What Is Algorithmic Trading? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.1 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.2 Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2 Scientic Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 Why Python? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4 Can Retail Traders Still Compete? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4.1 Trading Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4.2 Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.4.3 Investor Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.4.4 Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

II Trading Systems 13

3 Successful Backtesting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1 Why Backtest Strategies? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 Backtesting Biases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2.1 Optimisation Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2.2 Look-Ahead Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2.3 Survivorship Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2.4 Cognitive Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Exchange Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.3.1 Order Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.3.2 Price Consolidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.3.3 Forex Trading and ECNs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3.4 Shorting Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4 Transaction Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4.1 Commission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4.2 Slippage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4.3 Market Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.5 Backtesting vs Reality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4 Automated Execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.1 Backtesting Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.1.1 Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.1.2 Research Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.1.3 Event-Driven Backtesting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.1.4 Latency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.1.5 Language Choices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.1.6 Integrated Development Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.2 Colocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.2.1 Home Desktop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.2.2 VPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.2.3 Exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5 Sourcing Strategy Ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.1 Identifying Your Own Personal Preferences for Trading . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.2 Sourcing Algorithmic Trading Ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5.2.1 Textbooks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5.2.2 The Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.2.3 Journal Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.2.4 Independent Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.3 Evaluating Trading Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.4 Obtaining Historical Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

III Data Platform Development 39

6 Software Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

6.1 Operating System Choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

6.1.1 Microsoft Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

6.1.2 Mac OSX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

6.1.3 Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.2 Installing a Python Environment on Ubuntu Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.2.1 Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.2.2 NumPy, SciPy and Pandas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.2.3 Statsmodels and Scikit-Learn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

6.2.4 PyQt, IPython and Matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

6.2.5 IbPy and Trader Workstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

7 Financial Data Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

7.1 Securities Master Databases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

7.2 Financial Datasets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

7.3 Storage Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

7.3.1 Flat-File Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

7.3.2 Document Stores/NoSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7.3.3 Relational Database Management Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7.4 Historical Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7.5 Data Accuracy Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

7.6 Automation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.7 Data Availability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.8 MySQL for Securities Masters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.8.1 Installing MySQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.8.2 Conguring MySQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.8.3 Schema Design for EOD Equities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

7.8.4 Connecting to the Database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7.8.5 Using an Object-Relational Mapper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7.9 Retrieving Data from the Securities Master . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

8 Processing Financial Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

8.1 Market and Instrument Classication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

8.1.1 Markets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

8.1.2 Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

8.1.3 Fundamental Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

8.1.4 Unstructured Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

8.2 Frequency of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8.2.1 Weekly and Monthly Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8.2.2 Daily Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8.2.3 Intraday Bars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8.2.4 Tick and Order Book Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8.3 Sources of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

8.3.1 Free Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

8.3.2 Commercial Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

8.4 Obtaining Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

8.4.1 Yahoo Finance and Pandas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

8.4.2 Quandl and Pandas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

8.4.3 DTN IQFeed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

8.5 Cleaning Financial Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

8.5.1 Data Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

8.5.2 Continuous Futures Contracts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

IV Modelling 79

9 Statistical Learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

9.1 What is Statistical Learning? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

9.1.1 Prediction and Inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

9.1.2 Parametric and Non-Parametric Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

9.1.3 Supervised and Unsupervised Learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

9.2 Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

9.2.1 Regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

9.2.2 Classication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

9.2.3 Time Series Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

10 Time Series Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

10.1 Testing for Mean Reversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

10.1.1 Augmented Dickey-Fuller (ADF) Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

10.2 Testing for Stationarity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.2.1 Hurst Exponent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.3 Cointegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

10.3.1 Cointegrated Augmented Dickey-Fuller Test . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

10.4 Why Statistical Testing? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

11 Forecasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

11.1 Measuring Forecasting Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

11.1.1 Hit Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

11.1.2 Confusion Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

11.2 Factor Choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

11.2.1 Lagged Price Factors and Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

11.2.2 External Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

11.3 Classication Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

11.3.1 Logistic Regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

11.3.2 Discriminant Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

11.3.3 Support Vector Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

11.3.4 Decision Trees and Random Forests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

11.3.5 Principal Components Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

11.3.6 Which Forecaster? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

11.4 Forecasting Stock Index Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

11.4.1 Python Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

11.4.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

V Performance and Risk Management 107

12 Performance Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

12.1 Trade Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

12.1.1 Summary Statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

12.2 Strategy and Portfolio Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

12.2.1 Returns Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

12.2.2 Risk/Reward Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

12.2.3 Drawdown Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

13 Risk and Money Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

13.1 Sources of Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

13.1.1 Strategy Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

13.1.2 Portfolio Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

13.1.3 Counterparty Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

13.1.4 Operational Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

13.2 Money Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

13.2.1 Kelly Criterion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

13.3 Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

13.3.1 Value-at-Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

13.4 Advantages and Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

VI Automated Trading 127

14 Event-Driven Trading Engine Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

14.1 Event-Driven Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

14.1.1 Why An Event-Driven Backtester? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

14.2 Component Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

14.2.1 Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

14.2.2 Data Handler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

14.2.3 Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

14.2.4 Portfolio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

14.2.5 Execution Handler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

14.2.6 Backtest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

14.3 Event-Driven Execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

15 Trading Strategy Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

15.1 Moving Average Crossover Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

15.2 S&P500 Forecasting Trade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

15.3 Mean-Reverting Equity Pairs Trade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

15.4 Plotting Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

16 Strategy Optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

16.1 Parameter Optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

16.1.1 Which Parameters to Optimise? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

16.1.2 Optimisation is Expensive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

16.1.3 Overtting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

16.2 Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

16.2.1 Cross Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

16.2.2 Grid Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

16.3 Optimising Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

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