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Kursprognose mittels nichtlinearer Regression (MLP) vs. linearer Regression (OLS) am Beispiel der wöchentlichen Rendite des Dow Jones EURO STOXX 50

Kursprognose mittels nichtlinearer Regression (MLP) vs. linearer Regression (OLS) am Beispiel der wöchentlichen Rendite des Dow Jones EURO STOXX 50
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Christoph Obenhuber
  • Abgabedatum: Mai 2003
  • Umfang: 120 Seiten
  • Dateigröße: 905,3 KB
  • Note: 1,0
  • Institution / Hochschule: Wirtschaftsuniversität Wien Österreich
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-7536-9
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-7536-9 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-7536-9 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Obenhuber, Christoph Mai 2003: Kursprognose mittels nichtlinearer Regression (MLP) vs. linearer Regression (OLS) am Beispiel der wöchentlichen Rendite des Dow Jones EURO STOXX 50, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Zeitreihenmodelle, Prognoseverfahren, Künstliche Intelligenz, Optimierungsverfahren, Financial Time Series Analysis

Diplomarbeit von Christoph Obenhuber

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit soll einerseits einen kurzen Überblick über Konzepte der quantitativ orientierten Finanzanalyse geben, andererseits im Speziellen die Möglichkeiten der nichtlinearen Regression zur Kursprognose im Vergleich zur linearen Regression behandeln.

Quantitative Verfahren zur Vorhersage von Aktienkursen, Wechselkursen oder anderer Kapitalmarktgrößen haben in den letzten Jahren vor allem vor dem Hintergrund fallender Kurse an den internationalen Kapitalmärkten und dem abnehmenden Vertrauen der Anleger in Analystenmeinungen an Bedeutung gewonnen. Nachdem in den Jahren des Internethypes in blindem Vertrauen auf die euphorischen Einschätzungen der großen Investmenthäuser in die Firmen der New Economy investiert wurde, folgten mit dem Platzen der Spekulationsblase für einen Großteil der Kleinanleger, aber auch für institutionelle Investoren massive Vermögensverluste. Als Folge dessen wurde der Ruf nach quantitativen Verfahren der Finanzanalyse, mit denen sich unabhängig von subjektiven Einschätzungen zukünftige Kursentwicklungen prognostizieren lassen, wieder laut.

Im Folgenden soll gezeigt werden, welche Verfahren der quantitativen Finanzanalyse zur Verfügung stehen und welchen Beitrag zur Kursprognose die nichtlineare Regression bzw. die lineare Regression, beide in der Praxis verwendete Vertreter quantitativer Analyseverfahren, leisten können. Schwerpunktmäßig wird in dieser Arbeit Erstere behandelt, da das bisher in der Finanzanalyse dominierende und am häufigsten eingesetzte Verfahren, nämlich die lineare Regression, meist wenig zufriedenstellende Ergebnisse geliefert hat und folglich die Vermutung nahe legt, dass bei der Kursprognose die Aufdeckung nichtlinearer Zusammenhänge von großer Bedeutung ist. Ein „neuerer Ansatz“ zur Modellierung nichtlinearer Abhängigkeiten stellt in diesem Zusammenhang die Anwendung Künstlicher Neuronaler Netze dar, wobei in der vorliegenden Arbeit die Perceptrons, eine Familie der Neuronalen Netze, näher behandelt werden. Neben der theoretischen Abhandlung der wichtigsten Methoden soll an Hand einer Fallstudie die praktische Anwendbarkeit untersucht werden. Sowohl mittels nichtlinearer als auch mittels linearer Regression wird versucht, die wöchentlichen Renditen des europäischen Aktienindexes Dow Jones EURO STOXX 50 zu prognostizieren bzw. die Güte der erhaltenen Prognosen gegenüberzustellen.

Inhaltsverzeichnis:

1. Einleitung und Überblick 6
2. Überblick über die Methoden der Finanzanalyse 9
2.1 Thematik und Begriffsdefinitionen 9
2.2 Eigenschaften von Finanzmarktzeitreihen 9
2.2.1 Verteilungseigenschaften 10
2.2.2 Stationarität 11
2.3 Die These effizienter Kapitalmärkte und Prognostizierbarkeit 11
2.4 Instrumente der Finanzanalyse 12
3. Lineare Finanzanalyse 13
3.1 Grundkonzepte des ARIMA-Ansatzes 13
3.1.1 AR(p)-Modelle 14
3.1.2 MA(q)-Modelle 14
3.1.3 ARMA(p,q)-Modelle 15
3.1.4 ARIMA(p,d,q)-Modelle 15
3.1.5 Identifikation von AR(p)- und MA(q)-Modellen 16
4. Nichtlineare Finanzanalyse 17
4.1 Instrumente der nichtlinearen Analyse 17
4.2 Nichtlineare Testverfahren 18
4.2.1 Überblick 18
4.2.2 BDS-Test 18
4.3 Nichtlineare Modellierungsverfahren 18
4.3.1 Nichtlineare Prozesse 18
4.3.2 Nichtlineare autoregressive Modelle (NLAR-Modelle) 19
4.3.3 Modellierung von Heteroskedastizität 19
4.3.3.1 ARCH-Modelle 20
4.3.3.2 GARCH-Modelle 21
4.3.3.3 Erweiterungen des ARCH-Modells 21
4.3.4 Threshold Autoregressive Modelle (TAR-Modelle) 22
4.3.5 Modellbildung mittels Künstlicher Neuronaler Netze 23
5. Regressionsanalyse 23
5.1 Problemstellung 23
5.2 Die Regression in der Finanzanalyse 24
6. Lineare Regression 25
6.1 Das ökonometrische Grundmodell 25
6.2 Prämissen der Linearen Regression 27
6.2.1 Linearität der Regressionsgleichung 28
6.2.2 Erwartungswert Null der Residuen 28
6.2.3 Homoskedastizität der Residuen 28
6.2.4 Keine Autokorrelationen in den Residuen 28
6.2.5 Normalverteilte Residuen 29
6.2.6 Keine Multikollinearität zwischen den Regressoren 29
6.3 Schätzung der Regressionsfunktion mittels „Ordinary Least Squares“ (OLS-Schätzung) 29
6.4 Güteeigenschaften der OLS-Schätzung 33
7. Nichtlineare Regressionsanalyse 34
7.1 Einleitung und Überblick 34
7.2 Linearisierung nichtlinearer Funktionen 35
7.3 Nichtlineare Kleinste-Quadrate-Schätzung 36
7.4 Nichtlineare Regression mittels Künstlicher Neuronaler Netze (KNN) 38
7.5 Künstliche Neuronale Netze (KNN) 39
7.5.1 Einführung 39
7.5.2 Geschichte Neuronaler Netze 41
7.5.3 Aufbau Künstlicher Neuronaler Netze 42
7.5.3.1 Zellen als zentrales Element 42
7.5.3.2 Bestandteile Künstlicher Neuronaler Netze 43
7.5.4 Klassifizierung Künstlicher Neuronaler Netzwerke 45
7.5.5 Anwendungsmöglichkeiten Künstlicher Neuronaler Netze 46
7.5.6 Künstliche Neuronale Netze für finanzanalytische Aufgabenstellungen 47
7.6 Nichtlineare Regression mittels Multi-Layer Perceptrons (MLP) 49
7.6.1 Das Single-Layer Perceptron (SLP) 49
7.6.1.1 Propagierungsfunktion 52
7.6.1.2 Aktivierungsfunktion 52
7.6.1.3 Outputfunktion 55
7.6.1.4 Das Single-Layer Perceptron als Regressionsmodell 55
7.6.2 Das Multi-Layer Perceptron 57
7.6.2.1 Das Multi-Layer Perceptron als Regressionsmodell 59
7.6.2.2 Lernen in Neuronalen Netzen 61
7.6.2.2.1 Grundvarianten von Lernregeln 63
7.6.2.2.2 Hebbsche Lernregel 64
7.6.2.2.3 Delta-Regel 65
7.6.2.2.4 Backpropagation-Regel 65
7.6.3 Backpropagation 65
7.6.3.1 Backpropagation-Lernprozess 67
7.6.3.2 Prinzip des Gradienten(abstiegs)verfahrens 68
7.6.3.3 Prinzip des Gradientenverfahrens neuronaler Netze 69
7.6.3.4 Herleitung der Backpropagation-Regel 70
7.6.3.5 Probleme des Lernverfahrens Backpropagation 71
8. Modellbildung 72
8.1 Einleitung 72
8.2 Analyse der Problemstruktur 73
8.3 Selektion relevanter Einflussgrößen 74
8.3.1 Allgemeines 74
8.3.2 Auswahl der Daten 75
8.3.3 Länge und Frequenz der verwendeten Zeitreihen 76
8.3.4 Weitere Überlegungen 77
8.4 Aufbereitung der Daten 77
8.4.1 Transformation der Daten 77
8.4.2 Lagstruktur der Daten 78
8.5 Spezifikation und Schätzung des Prognosemodells 79
8.6 Overfitting-Problematik 80
8.7 Überprüfung der Prognosegüte 82
8.8 Regressionsdiagnostik 83
8.8.1 Globale Prüfung der Regressionsfunktion 84
8.8.1.1 Bestimmtheitsmaß und Korrelationskoeffizient 84
8.8.1.2 Korrigiertes Bestimmtheitsmaß 86
8.8.1.3 Prüfung der Regressionskoeffizienten 87
8.8.1.4 Test der Annahmen des Regressionsmodells 88
8.8.1.4.1 Autokorrelation in den Residuen 89
8.8.1.4.2 Heteroskedastizität der Residuen 90
8.8.1.4.3 Normalverteilung der Residuen 91
8.8.1.4.4 Multikollinearität 92
8.8.2 Anwendung des Modells und Test gegen einen Benchmark 93
9. Fallstudie EURO STOXX 50 94
9.1 Einleitung 94
9.2 Verwendete Software 95
9.2.1 ECANSE 95
9.3 Analyse der Problemstruktur und Wahl des geeigneten Prognoseinstrumentes 95
9.4 Selektion relevanter Einflussgrößen 96
9.5 Spezifikation und Schätzung des Prognosemodells 98
9.5.1 Spezifikation und Schätzung des linearen Regressionsmodells 98
9.5.2 Spezifikation und Schätzung des nichtlinearen Regressionsmodells 99
9.6 Überprüfung der Prognosegüte 102
9.6.1 Bestimmtheitsmaß 103
9.6.2 Hitrate 104
9.6.3 Test der Annahmen des Regressionsmodells 105
9.6.3.1 Autokorrelation in den Residuen 105
9.6.3.2 Heteroskedastizität der Residuen 106
9.6.3.3 Normalverteilung der Residuen 107
9.6.3.4 Multikollinearität 108
9.6.4 Anwendung der Modelle und Test gegen einen Benchmark 109
10. Resümee und Ausblick 111

Arbeit zitieren:
Obenhuber, Christoph Mai 2003: Kursprognose mittels nichtlinearer Regression (MLP) vs. linearer Regression (OLS) am Beispiel der wöchentlichen Rendite des Dow Jones EURO STOXX 50, Hamburg: Diplomica Verlag

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