AIで日経平均を予言！？2018年末に26,000円（Prophetで楽々予測）

こんにちは、週末プログラマーのびずぷらです。

QuantXでシステムトレードを勉強してましたが、AIを本気でやるにはMacでのPython実行環境が欲しくなりました。

というわけで、突然ですが、この記事のチャレンジ項目は下記の2点です。

MacでPython実行環境を作る
時系列予測ツールProphet（予言者）で日経平均を予測する

これからPythonを勉強したい人、人工知能を勉強したい人向けの記事です。

投資だけ興味ある人は、日経平均予測をどうやってるかだけをサクッと見てもいいかもしれません。

はなえる

エンジェル投資入門は・・

びずぷら

日経平均がどうなるかは、ベンチャーの経営環境の判断材料で重要です！

では、さっそく実行環境の準備から行きます！QuantXについては下記の記事を参照ください。

QuantXで始めるシステムトレード講座こんにちは、エンジェルプログラマーのびずぷらです！この記事はSmart Trade社のサービス QuantX[クオンテックス] ...

MacでPython実行環境を作る
- AI学習で必要なライブラリー
- TA-Lib インストール時の注意点
時系列予測ツールProphet（予言者）で日経平均を予測する
まとめ

MacでPython実行環境を作る

いろいろと方法はありそうですが、簡単にステップだけ書きます。

Homebrewをインストール
Python本体をインストール
Pythonの各種ライブラリをインストール
エディタをインストール

株式会社キカガクさんによる、これ以上ないほど丁寧なサイトがあります。下記を参考にインストールすれば簡単です。

【決定版】MacでPythonを使って『機械学習』を学ぶための環境構築

上記サイトに記載のない追加事項や注意点だけを追記します。

AI（人工知能）の前にPython勉強するなら、Aidemyの無料講座がおすすめです。環境構築なしですぐにPythonについて学べます。

Aidemy 「プログラミング初心者でも大丈夫『Python入門』コース」

AI学習で必要なライブラリー

ステップ3の各種ライブラリーでインストールしたものを一覧にまとめます。この記事を書いている2018.6.17時点のものです。

パッケージ	バージョン	QX	概要
numpy	1.14.5	○	多次元配列の数値計算
scipy	1.1.0	○	数値解析（フーリエ変換など）
matplotlib	2.2.2	ー	グラフ描画
pandas	0.23.1	○	時系列データ操作・演算
scikit-learn	0.19.1	○	機械学習
chainer	4.1.0	○	ニューラルネットワーク
jupyter	1.0.0	ー	Python実行支援ツール
ta-lib	0.4.17	○	テクニカル指標の計算
fbprophet	0.3.post2	ー	時系列予測ツール

※Pythonのバージョンは3.6.5、macOS 10.13.5で環境構築しています。

今回使わないものもありますが、せっかくなので一緒に入れておきましょう。

表の中の「QX」の「◯」はQuantXのmaron-0.1.0系で採用されているパッケージです。将来的にQuantXへの移植も考えると同じものを使っておくのが良いと思います。

さらにAI学習を進めるなら、tensorflowとstatsmodelsはインストールしておいても良いでしょう。どちらもQuantXにも採用されています。

はなえる

今回のメインProphetはQuantXでは使えないんだね

びずぷら

うーーん、それが残念。すっごい簡単に使えるんだけどね（精度は保証しません）

TA-Lib インストール時の注意点

TA-Libは株式に関するテクニカル指標を算出する際に使います。QuantXでは当然ながら多用するライブラリなのでインストールしておきましょう。

$ brew install ta-lib #先にbrewでta-libをインストールする
$ pip3 install ta-lib

1 2	$ brew install ta-lib #先にbrewでta-libをインストールする $ pip3 install ta-lib

TA-LibはHomeBrewでのインストールも必要なようです。これに気がつかずエラーでハマりました。

ついでにProphetのインストールも記載します。

$ pip3 install fbprophet

1	$ pip3 install fbprophet

時系列予測ツールProphet（予言者）で日経平均を予測する

ProphetはFacebookが開発した時系列予測のライブラリーです。

Prophetとは予言者という意味です。誰でも簡単に時系列分析をして将来を予測できるという気持ちが込められています。

実際使って見るとデフォルト設定でもそこそこの精度を出すというお手軽なツールだとわかります。そのため今回の記事では、時系列予測に関する難しい話はしません。

最低限知っておいた方が良いProphetの知識として単純化して説明します。Prophetは、過去データを次の3つの観点で分析し、その結果として将来を予測します。

トレンド（例：アクセス増加傾向）
周期性　（例：夏多く、冬少ない）
イベント（例：新機能をリリース）

facebookが開発したツールです。当然WEBのアクセス数の予測での利用を想定していたものです。（カッコ内はWEBを想定した例です）

はなえる

びずぷらくんは当然Prophetの中のアルゴリズムも完璧におさえてるんだよね？

びずぷら

理解してなくても使える。それが予言者(Prophet)です！

日経平均のデータを取得する

分析するための準備としてデータを取得する必要がありますが、日経平均の過去データの取得は以外とハードルが高いです。

今回は簡易的に日経平均連動のETFである「ダイワ上場投信-日経225」を代替として分析します。

データは「株式投資メモ」の個別株価データのページから「1320 ダイワ上場投信-日経225」で取得できます。

年度ごとにCSVファイルにダウンロードできるため、比較的大量データを簡単に取得できます。

どうしても日経平均の値が良いという人は、海外のYahoo Financeから過去データを入手することも可能です。

https://finance.yahoo.com/quote/%5EN225/history?ltr=1

「株式投資メモ」とはデータの並び順が違うため、今回例示するソースコードそのままでは使えません。気をつけてください。ちなみに予測結果は、どちらを使ってもほとんど同じです。

データ期間：2014-01-016〜 2018-06-15

日付	始値	高値	安値	終値	出来高	終値調整値
2014-01-06	16440	16470	16180	16230	381992	16230
2014-01-07	16140	16260	16100	16130	288940	16130
2014-01-08	16280	16460	16230	16460	204036	16460

今回は日付と終値調整値を使います。

これから記載するプログラムは、ダウンロードしたファイルをそのままの形式で利用できます。下手に加工すると動きません。

Prophetで動かしてみよう！

プログラムを解説します。

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from fbprophet import Prophet

import pandas as pd

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from fbprophet import Prophet

利用するライブラリーの宣言部分です。こんなものだと思っておいてください。

data = pd.DataFrame()
start = 2014
end = 2018

for n in range(start, end+1):
    file_name = '1320_' + str(n)  + '.csv'
    data2 = pd.read_csv(file_name, skiprows=2, encoding="cp932",header=None,
        names=['ds','Open','High','Low','Close','Volume','y'])
    data = data.append(data2)

data = pd.DataFrame()

start = 2014

end = 2018

for n in range(start, end+1):

file_name = '1320_' + str(n) + '.csv'

data2 = pd.read_csv(file_name, skiprows=2, encoding="cp932",header=None,

names=['ds','Open','High','Low','Close','Volume','y'])

data = data.append(data2)

ファイルの読み込み部分です。ここで注意点。

Prophetで解析するには、日付部分を「ds」、値を「y」と定義する必要があります。そのためわざわざ名前をつけています。

ファイルのヘッダ部分の読み飛ばしとかエンコードとかは、とりあえずこのまま利用してもらえればOKです。

違う株価を予測したい場合、ファイル名や年度が違うと思うので、その辺りは適当にいじってください。

model = Prophet()
model.fit(data)

1 2	model = Prophet() model.fit(data)

Prophetのモデルを作って過去データを分析するところです。おまじないと思っていただいて良いでしょう。

future_data = model.make_future_dataframe(periods=200, freq = 'd')
future_data = future_data[future_data['ds'].dt.weekday < 5]
forecast_data = model.predict(future_data)

future_data = model.make_future_dataframe(periods=200, freq = 'd')

future_data = future_data[future_data['ds'].dt.weekday < 5]

forecast_data = model.predict(future_data)

将来の予測データを作るところです。今回は200日先までを予測しています。freq=‘d’が日付を表しています。

2行目は、土日のデータを予測しないように日付を省く処理です。これを入れないと変な予測になります。

びずぷら

最初この処理を入れてなくて、ジグザクな予測に悩んでました・・

本当は祝日も省いた方が良いと思いますが、そこまではしていません。

fig = model.plot(forecast_data)
model.plot_components(forecast_data)
plt.show()

fig = model.plot(forecast_data)

model.plot_components(forecast_data)

plt.show()

最後にグラフをプロットするところです。

componentsを出力すると、分析されたトレンドや周期を見ることができます。全体のソースは下記です。

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from fbprophet import Prophet

data = pd.DataFrame()

start = 2014
end = 2018

for n in range(start, end+1):
    file_name = '1320_' + str(n)  + '.csv'
    data2 = pd.read_csv(file_name, skiprows=2, encoding="cp932",header=None,
        names=['ds','Open','High','Low','Close','Volume','y'])
    data = data.append(data2)

model = Prophet()
model.fit(data)

future_data = model.make_future_dataframe(periods=200, freq = 'd')
future_data = future_data[future_data['ds'].dt.weekday < 5]
forecast_data = model.predict(future_data)

fig = model.plot(forecast_data)
model.plot_components(forecast_data)
plt.show()

import pandas as pd

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from fbprophet import Prophet

data = pd.DataFrame()

start = 2014

end = 2018

for n in range(start, end+1):

file_name = '1320_' + str(n) + '.csv'

data2 = pd.read_csv(file_name, skiprows=2, encoding="cp932",header=None,

names=['ds','Open','High','Low','Close','Volume','y'])

data = data.append(data2)

model = Prophet()

model.fit(data)

future_data = model.make_future_dataframe(periods=200, freq = 'd')

future_data = future_data[future_data['ds'].dt.weekday < 5]

forecast_data = model.predict(future_data)

fig = model.plot(forecast_data)

model.plot_components(forecast_data)

plt.show()

わずか20行で日本の未来を予言！

はなえる

すごい時代だね

実行して日経平均の予測を見る

実行はターミナルで下記のコマンドを打ちます。

$ python3 prophet_sample.py

1	$ python3 prophet_sample.py

成功すれば、次のグラフが表示されるはずです。

ぱっと見は、うまいこと予測できてそうな雰囲気です。

2018年の年末は日経平均26,000円になります！

この記事を書いているのは、2018.6.15です。

まとめ

今回はMacにPythonでAIを勉強するための実行環境をインストールする、Prophetを使って日経平均を予測する、という2つにトライしました。

Prophetはfacebookが開発した予言者になれる簡単なツールです。

はなえる

これでAIプログラマーの仲間入りだね！

びずぷら

ちなみにbitcoinで長期の予測をしたらマイナス突入しました・・・

本当はもうちょっと改良したりしてますが、その辺りは別の記事にします。

それでは！

※投資判断は自己責任でお願いします。

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時系列予測ツールProphet（予言者）で日経平均を予測する

日経平均のデータを取得する

Prophetで動かしてみよう！

実行して日経平均の予測を見る

まとめ

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