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LSTM予測モデル強化提案書

🚀 概要

現在実装されているシンプルなLSTMモデルを、実践的なトレーディングに使用できるレベルまで強化するための包括的な提案書です。

📊 1. オーダーブック(板情報)データの統合【最優先】

なぜ重要か

実装すべき特徴量

# オーダーブックから抽出する特徴量
orderbook_features = {
    'bid_ask_spread': 'ビッド・アスクスプレッド',
    'depth_imbalance': '買い板と売り板の不均衡度',
    'weighted_mid_price': '加重平均価格',
    'liquidity_score': '流動性スコア',
    'wall_detection': '大口注文(壁)の検出',
    'order_book_velocity': '板の変化速度',
    'micro_price': 'マイクロプライス(板の厚みを考慮した価格)'
}

データ取得方法

# Binance Futures オーダーブックストリーム
binance_orderbook_url = "wss://fstream.binance.com/ws/{symbol}@depth20@100ms"
# 100ミリ秒更新、上下20レベルの板情報

# Hyperliquid L2 Book
hyperliquid_subscription = {
    "method": "subscribe",
    "subscription": {"type": "l2Book", "coin": "ETH"}
}

📈 2. マーケットマイクロストラクチャー分析

取引フロー分析

microstructure_features = {
    'order_flow_toxicity': '有毒な注文流(アドバースセレクション)',
    'kyle_lambda': 'カイルのラムダ(価格インパクト係数)',
    'pin': 'PIN(情報トレーダーの確率)',
    'vpin': 'VPIN(ボリューム同期PIN)',
    'realized_spread': '実効スプレッド',
    'price_improvement': '価格改善率'
}

実装の重要性

🔄 3. クロスエクスチェンジ分析

裁定取引シグナル

cross_exchange_features = {
    'price_divergence': '取引所間の価格乖離率',
    'volume_distribution': '出来高の偏り',
    'lead_lag_correlation': 'リード・ラグ相関',
    'arbitrage_opportunity': '裁定機会の検出',
    'exchange_dominance': '価格主導権を持つ取引所'
}

実装メリット

📊 4. 高度な時系列特徴

ボラティリティモデリング

volatility_features = {
    'garch_forecast': 'GARCH予測ボラティリティ',
    'realized_volatility': '実現ボラティリティ',
    'jump_detection': '価格ジャンプの検出',
    'volatility_clustering': 'ボラティリティクラスタリング',
    'vol_of_vol': 'ボラティリティのボラティリティ'
}

マーケットレジーム検出

regime_features = {
    'hmm_state': '隠れマルコフモデル状態',
    'regime_probability': 'レジーム確率',
    'transition_probability': '状態遷移確率',
    'market_phase': '市場フェーズ(トレンド/レンジ/ボラタイル)'
}

🌐 5. 外部データソース統合

DeFi/暗号資産特有の指標

defi_metrics = {
    'defi_rates': 'DeFi金利(Compound, Aave等)',
    'stablecoin_supply': 'ステーブルコイン供給量',
    'tvl': 'Total Value Locked',
    'gas_fees': 'ガス代(Ethereum)',
    'funding_rates': '資金調達率(永久先物)'
}

センチメント分析

sentiment_sources = {
    'social_media': 'Twitter/Reddit感情分析',
    'google_trends': 'Google検索トレンド',
    'fear_greed_index': 'Fear & Greedインデックス',
    'news_sentiment': 'ニュース感情分析',
    'whale_alerts': 'クジラアラート(大口送金)'
}

🛠️ 6. 実装ロードマップ

Phase 1: オーダーブック統合(1-2週間)

class OrderBookFeatures:
    """オーダーブック特徴量抽出クラス"""

    def __init__(self, depth_levels=20):
        self.depth_levels = depth_levels

    def calculate_spread(self, orderbook):
        """ビッド・アスクスプレッド計算"""
        return orderbook['asks'][0][0] - orderbook['bids'][0][0]

    def calculate_imbalance(self, orderbook, levels=5):
        """板の不均衡度計算"""
        bid_volume = sum([bid[1] for bid in orderbook['bids'][:levels]])
        ask_volume = sum([ask[1] for ask in orderbook['asks'][:levels]])
        return (bid_volume - ask_volume) / (bid_volume + ask_volume)

    def calculate_weighted_mid_price(self, orderbook):
        """加重平均価格計算"""
        best_bid = orderbook['bids'][0]
        best_ask = orderbook['asks'][0]
        return (best_bid[0] * best_ask[1] + best_ask[0] * best_bid[1]) / (best_bid[1] + best_ask[1])

    def detect_walls(self, orderbook, threshold_multiplier=10):
        """大口注文(壁)検出"""
        avg_size = np.mean([order[1] for order in orderbook['bids'][:10] + orderbook['asks'][:10]])
        walls = {
            'bid_walls': [(price, size) for price, size in orderbook['bids'] if size > avg_size * threshold_multiplier],
            'ask_walls': [(price, size) for price, size in orderbook['asks'] if size > avg_size * threshold_multiplier]
        }
        return walls

Phase 2: マイクロストラクチャー分析(2-3週間)

class MicrostructureAnalyzer:
    """マーケットマイクロストラクチャー分析クラス"""

    def calculate_kyle_lambda(self, trades, orderbook_snapshots):
        """カイルのラムダ(価格インパクト)計算"""
        price_changes = np.diff([t['price'] for t in trades])
        order_flows = [t['size'] * (1 if t['side'] == 'buy' else -1) for t in trades[1:]]

        # 回帰分析で価格インパクトを推定
        from sklearn.linear_model import LinearRegression
        model = LinearRegression()
        model.fit(np.array(order_flows).reshape(-1, 1), price_changes)
        return model.coef_[0]

    def calculate_pin(self, trades, time_window='1h'):
        """PIN(情報トレーダー確率)計算"""
        # Easley-O'Haraモデルに基づく実装
        buys = sum(1 for t in trades if t['side'] == 'buy')
        sells = sum(1 for t in trades if t['side'] == 'sell')

        # 簡略化された計算(実際はより複雑)
        order_imbalance = abs(buys - sells) / (buys + sells)
        return order_imbalance  # 0-1の範囲

    def calculate_vpin(self, trades, bucket_size=50):
        """VPIN(ボリューム同期PIN)計算"""
        # ボリュームバケットに基づく計算
        buckets = []
        current_bucket = {'buy_volume': 0, 'sell_volume': 0, 'total_volume': 0}

        for trade in trades:
            volume = trade['size']
            if trade['side'] == 'buy':
                current_bucket['buy_volume'] += volume
            else:
                current_bucket['sell_volume'] += volume
            current_bucket['total_volume'] += volume

            if current_bucket['total_volume'] >= bucket_size:
                buckets.append(current_bucket)
                current_bucket = {'buy_volume': 0, 'sell_volume': 0, 'total_volume': 0}

        # VPINの計算
        vpins = []
        for i in range(len(buckets) - 50):  # 50バケットのローリングウィンドウ
            window = buckets[i:i+50]
            total_buy = sum(b['buy_volume'] for b in window)
            total_sell = sum(b['sell_volume'] for b in window)
            vpin = abs(total_buy - total_sell) / (total_buy + total_sell)
            vpins.append(vpin)

        return np.mean(vpins) if vpins else 0

Phase 3: アンサンブルモデル(3-4週間)

class EnsemblePredictor:
    """複数モデルを組み合わせた予測システム"""

    def __init__(self):
        self.models = {
            'lstm_base': LSTMModel(features=['price', 'volume']),
            'lstm_orderbook': LSTMModel(features=['orderbook']),
            'transformer': TransformerModel(),
            'xgboost': XGBoostModel(),
            'orderbook_nn': OrderBookNeuralNetwork()
        }
        self.weights = None

    def train(self, train_data):
        """各モデルの学習と重み付け最適化"""
        predictions = {}

        # 各モデルを学習
        for name, model in self.models.items():
            model.fit(train_data[name])
            predictions[name] = model.predict(train_data['validation'])

        # 最適な重み付けを学習
        self.weights = self.optimize_weights(predictions, train_data['validation']['y'])

    def predict(self, features):
        """アンサンブル予測"""
        predictions = []

        for name, model in self.models.items():
            pred = model.predict(features[name])
            predictions.append(pred * self.weights[name])

        return np.sum(predictions, axis=0)

📊 7. 特徴量エンジニアリング拡張

統合特徴量生成

def create_advanced_features(trades_df, orderbook_df, external_data):
    """高度な特徴量生成"""
    features = pd.DataFrame()

    # 1. オーダーフロー不均衡
    features['order_flow_imbalance'] = calculate_ofi(orderbook_df)

    # 2. マイクロストラクチャーノイズ
    features['microstructure_noise'] = estimate_noise(trades_df)

    # 3. 価格インパクト
    features['price_impact'] = calculate_price_impact(trades_df, orderbook_df)

    # 4. スマートマネー指標
    features['smart_money_flow'] = detect_smart_money(trades_df)

    # 5. 流動性指標
    features['liquidity_measures'] = calculate_liquidity(orderbook_df)

    # 6. クロスエクスチェンジ特徴
    features['cross_exchange_lead'] = calculate_lead_lag(external_data)

    # 7. センチメント特徴
    features['market_sentiment'] = external_data['sentiment_score']

    # 8. DeFi指標
    features['defi_metrics'] = external_data['defi_indicators']

    return features

🚀 8. パフォーマンス最適化

リアルタイム処理

class RealtimeFeatureEngine:
    """リアルタイム特徴量計算エンジン"""

    def __init__(self):
        self.feature_cache = {}
        self.rolling_windows = {}

    def update_incremental(self, new_data):
        """増分更新による高速計算"""
        # 新しいデータのみを処理
        for feature_name, calculator in self.feature_calculators.items():
            self.feature_cache[feature_name] = calculator.update(
                new_data, 
                self.feature_cache.get(feature_name)
            )

GPU最適化

# PyTorch/TensorFlowでのGPU推論
class GPUInference:
    def __init__(self, model_path):
        self.device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
        self.model = torch.load(model_path).to(self.device)

    def batch_predict(self, features_batch):
        with torch.no_grad():
            inputs = torch.tensor(features_batch).to(self.device)
            predictions = self.model(inputs)
        return predictions.cpu().numpy()

📈 9. 評価指標の改善

トレーディング特化メトリクス

class TradingMetrics:
    """トレーディング評価指標"""

    def calculate_sharpe_ratio(self, returns, risk_free_rate=0):
        """シャープレシオ計算"""
        excess_returns = returns - risk_free_rate
        return np.mean(excess_returns) / np.std(excess_returns) * np.sqrt(252)

    def calculate_max_drawdown(self, equity_curve):
        """最大ドローダウン計算"""
        cumulative = np.cumprod(1 + equity_curve)
        running_max = np.maximum.accumulate(cumulative)
        drawdown = (cumulative - running_max) / running_max
        return np.min(drawdown)

    def calculate_profit_factor(self, returns):
        """プロフィットファクター計算"""
        gains = returns[returns > 0].sum()
        losses = abs(returns[returns < 0].sum())
        return gains / losses if losses > 0 else np.inf

    def calculate_win_rate(self, predictions, actuals):
        """勝率計算"""
        correct = np.sum((predictions > 0) == (actuals > 0))
        return correct / len(predictions)

🎯 10. 実装優先順位

即効性の高い改善(1-2週間で実装可能)

  1. オーダーブックデータ収集開始
    - WebSocket接続の実装
    - データ保存パイプライン

  2. 基本的な板情報特徴量
    - スプレッド、深さ、不均衡度
    - リアルタイム計算

  3. Order Flow Imbalance実装
    - 注文フローの方向性検出
    - 短期予測への活用

中期的改善(1-2ヶ月)

  1. マルチタイムフレーム分析
    - 複数時間軸の特徴量統合
    - 時間的階層構造の活用

  2. クロスエクスチェンジ相関
    - 取引所間の価格差分析
    - リード・ラグ関係の検出

  3. マイクロストラクチャー指標
    - PIN/VPIN実装
    - 価格インパクト推定

長期的改善(2-3ヶ月)

  1. アンサンブルモデル構築
    - 複数モデルの統合
    - 動的重み付け最適化

  2. 外部データ統合
    - センチメント分析
    - DeFi指標の活用

  3. 本番環境での最適化
    - レイテンシー削減
    - スケーラビリティ向上

💡 まとめ

これらの改善により、以下の効果が期待できます:

最初のステップとして、オーダーブックデータの収集から始めることを強く推奨します。これだけでも予測精度は大幅に向上します。

実装のサポートが必要な場合は、お知らせください。