【毕业学位论文】石油期货价格预测研究

I 摘要 石油是关系到世界政治、经济和军事的重要战略资源，石油期货则是石油交易的重要方式。石油期货价格预测是市场交易的决策参考，是我国政府对相关市场进行监管的重要基础，而石油期货价格预测水平的提高也是金融时间序列预测理论的丰富与发展。 本文在深入分析石油期货价格的构成、本质决定因素和波动原因的基础上，首先使用计量经济技术中的 果检验和协整检验等方法研究了相关经济变量对石油期货价格的影响，然后引入冲击方向、强度、持续时间和衰减模式四个概念建立了预测事件对石油期货价格影响的 法，并整合专家系统和 法提出了事件强度评价的 法。论文还将支持向量回归（ 石油期货价格预测相结合， 提出了基于 石油期货价格预测方法， 并给出了根据训练集特征确定 参数的有效方法。最后，论文根据石油期货价格序列变化的特征，将计量经济方法、 术和事件影响分析相结合，提出了基于 型、 市场数据的实证研究表明，本文所提出的一套石油期货价格分析和预测技术能较好地捕捉市场变化规律，从而对价格变化进行更准确的预测，在该领域具有很好的应用前景。 关键词： 石油期货价格；预测；支持向量回归；混合预测 il is a a on is an of is of it is an on of is of On of is s of of in to s on to to on NN to to VR is in of of to VR BF in of s is on of of of a in 京理工大学博士学位论文 录 摘要 . 录 . 绪论 . 1 究背景与意义 . 1 献综述 . 4 统石油期货价格预测方法 . 4 油期货价格分析的数量化模型 . 5 油期货价格研究的最新进展 . 7 油期货价格预测研究的发展趋势 . 9 究内容 . 11 文主要创新点 . 12 2 石油期货价格的波动机制研究 . 14 油期货 . 14 油及其对世界的影响 . 14 油期货的发展与现状 . 15 油期货价格的构成 . 16 油期货标的物的供求特征 . 19 使石油期货价格波动的因素 . 23 响石油期货价格中长期走势的主要因素 . 23 成石油期货价格短期波动的主要原因 . 27 章小结 . 30 3 连续变量对石油期货价格的影响分析 . 31 析模型 . 31 关分析 . 31 位根检验 . 31 . 33 整分析 . 34 证研究 . 35 量及其样本选取 . 35 关分析结果 . 36 位根检验结果 . 38 . 40 整检验结果 . 41 章小结 . 43 4 基于. 44 件分析方法研究 . 44 件类型及其描述 . 44 般事件分析方法 . 46 于虚拟变量的事件分析方法 . 47 北京理工大学博士学位论文 于知识的事件分析方法 . 48 响石油期货价格的突发事件 . 49 应类事件 . 49 求类事件 . 50 他事件 . 51 于 . 51 于 . 51 于 . 53 证研究 . 53 价标准 . 53 度评价对预测的影响 . 54 续时间与衰减模式对预测的影响 . 57 章小结 . 60 5 基于. 61 . 61 准 . 61 进 . 62 于 . 63 于 . 64 成评价方法 . 66 证研究：库存变化强度评价 . 68 题分析 . 68 据集与性能评价标准 . 70 算结果 . 70 章小结 . 72 6 基于. 73 持向量机回归（ 法 . 74 归问题的基本形式 . 74 持向量机回归（ . 74 于 . 76 型输入 . 77 型输出 . 77 函数及算法选择 . 78 油期货价格预测中 . 79 . 80 油期货价格预测中的 . 80 证研究 . 82 据集及预处理 . 82 能评价标准 . 83 . 84 . 84 数选择方法比较 . 85 统参数仿真 . 86 北京理工大学博士学位论文 V 章小结 . 89 7 石油期货价格的混合预测方法 . 91 合预测方法 . 91 油期货价格的混合预测方法 . 92 油期货价格混合预测方法框架 . 92 合预测方法 . 97 证研究 . 99 据集及评价标准 . 99 证结果 . 100 章小结 . 102 8 结论与展望 . 103 文主要结论 . 103 文研究主要创新点 . 104 究展望 . 105 参考文献 . 106 攻读博士学位期间发表的论文和参与的科研项目 . 115 致谢 . 116 北京理工大学博士学位论文 11 绪论 究背景与意义 近年来，世界石油价格开始了新一 轮的飚升，纽约商品交易所 (油期货报价屡创新高。 2006 年 4 月 17 日，最近月份 德克萨斯中质油）收盘价首次突破每桶 70 美元大关，并在 4 月 21 日达到每桶 元的历史最高位，造成全球能源恐慌心理进一步加剧。其实早在 05 年 3 月 31 日，全球著名投资银行高盛发表的一份报告就宣称石油价格可能涨到每桶 105 美元，这意味着全球高石油价格时代已经到来。虽然到目前为止石油价格并没有达到高盛所预言的水平，但持续的高油价足以引起全球政府、企业和学者的关注。 石油是关系到国民经济发展、国家政治军事和外交安全的重要战略资源。由于石油可燃性好、热量高、运输方便及过去油价长期保持在较低水平，世界石油消费量在20世纪60年代开始超过传统能源煤炭的消费量。70年代初期，石油在世界初级能源消费结构中达到历史最高水平，约占全球能源消费总量的 50%，之后稍有下降，但目前仍占 40%左右的份额1。此外，石油还是全球重要的贸 易商品，大约占世界贸易量的10%2。 石油价格高企将使世界经济蒙上阴影。由于石油是重要的燃料，更是许多化工产品的原料，因此高石油价格必将提高企业的生产成本、抑制投资增长、增加通货膨胀压力，并最终影响到世界经济的健康发展，历史上几次石油危机都曾经使世界经济遭受到惊人的破坏3。 据国际货币基金组织的估计， 如果石油价格在一年内上涨15美元，将使世界经济增长率减少 1 个百分点，相当于损失 3000 亿美元的国内生产总值。而这还只是油价上涨带来的直接损失，如果考虑到由此引起的消费者信心和企业信心下降，从而减少的消费和投资支出，其间接影响将是天文数字4。 石油价格过高也将给我国经济发展带来相当的负面影响。改革开放后我国经济高速发展带来石油消费剧增，近年来工业化和城镇化步伐的加快更使我国石油消费量猛增，目前已经成为世界石油消费和进口大国，但国内石油生产的增长速度却远远不能满足经济发展对石油的需求。从1994年到2004年，我国国内生产总值年均增长超过8%，石油需求年均增长 然而国内石油生产年均增长却仅为 我国 1993年开始成为石油净进口国之后，石油进口量不断攀升。2004年，我国原油进口量首次北京理工大学博士学位论文 2超过 吨，石油净进口量（含其他油品）高达 吨，同比增长 43%，进口这些油品耗资 美元，同比增长了 这使得我国石油的对外依存度已经接近50%5。根据国际经验，当一国的石油净进口量超过5000万吨时，国际石油市场行情的波动就会影响到该国经济6。由于我国国内石油市场是垄断的市场，其定价机制决定了国内原油及油品价格与国际价格有所差别，过去国际石油价格的上涨对我国经济的影响主要仅表现在外汇资源消耗过快。但随着石油类产品价格与国际市场的逐步接轨，高油价将会通过生产成本传递到物价而加剧通货膨胀压力，也会影响企业和居民的投资及消费信心，从而减缓经济增长速度，同时还会使企业成本增加而降低国际竞争力7， 还可能造成不同行业利益的重新调整， 给我国经济发展蒙上阴影。 2004年5月布的一份报告称，如果油价保持在每桶 35 美元的水平，6。 面对我国石油安全的严峻形势，参与国际石油期货交易并尽快发展国内石油期货市场是积极有效的对策。随着经济发展对石油需求的进一步上升，我国石油安全形势愈加不乐观。根据国家发展和改革委员会能源研究所的研究，口依存度为 60其中值与 004 年世界能源展望预测值相等8。如此高的石油进口依存度，给国家的石油安全政策带来巨大挑战。根据国际经验，当一国的石油进口量超过 8000 万吨以后，就必须综合运用外交、经济、军事手段来保证石油供应的安全9。新一轮石油价格上涨原因是多方面的 ，既有世界经济持续增长导致的石油需求强劲、世界石油探明储量不足、原油库存下降、中国等新兴国家石油需求激增等客观原因，也有地缘政治、投机炒作等因素的影响，但行业内人士普遍认为短期内油价将继续保持高位运行，因此采取有效措施保证石油供应是世界许多国家面临的重大问题。针对我国的具体情况，众多专家和学者提出了许多有益的建议，如：加快国内石油勘探步伐、提高开采技术、充分利用境外石油资源、建立完善石油战略储备、参与期货市场交易、发展本国石油期货市场、节能能源多元化、原油进口多元化以及适当利用国家政治力量开展石油外交等4,6,8,9。其中参与石油期货交易被认为是短期内控制石油价格风险的积极方法，而发展本国石油期货市场则是充分利用我国石油消费和进口大国的优势获取世界石油定价权，从而建立一个在中长期对我国有利的国际石油定价体系的有效措施。 参与国际石油期货交易要求对石油期货价格较为准确的预测。石油期货交易是世北京理工大学博士学位论文 3界石油交易的重要方式。石油期货是以石油类商品作为交易标的物的期货，它具备普通商品期货的一般功能：价格发现和风险规避。石油期货市场能让产油者、炼油者和石油贸易者有效地锁定风险，同时也能为 边际价格的变动提供即时显示1。但是，石油期货价格呈现剧烈变化的特征，很难再找出比它波动更为剧烈的金融经济数据，这意味着石油期货市场的交易者，尤其是投机者面临着巨大的风险。如何把握石油期货市场的运行规律，从而更准确地预测石油期货价格的变化，是市场参与人员一直努力的方向。当我国企业在国际石油市场上参与石油期货交易的时候，如何更准确地预测石油期货市场的发展趋势，为他们提供交易的决策参考，是研究人员迫切需要解决的问题。 发展我国石油期货市场，要求对市场的有效监管，而对石油期货价格的预测则是政府监管的重要基础。我国于 1992 年就在原南京石油交易所推出了石油期货交易，之后原上海石油交易所、原华南商品期货交易所、原北京石油交易所、原北京商品交易所等都相继推出了石油期货合约，但由于种种原因在 1995 年暂停石油期货交易。2004 年 8 月 25 日，燃料油期货品种在上海期货交易所再次挂牌上市，中国石油期货市场才重新启动。石油期货市场是个高波动高风险的市场，而且由于石油类商品在社会经济生活中的特殊性，使得对其进行有效监管成为更迫切和更困难的工作。中国石油期货市场的蓬勃发展需要政府相关部门的有效监管，以避免非理性的暴涨暴跌给市场带来灾难性的打击，而非理性暴涨暴跌是否存在及其存在程度的判断，就在于对市场正常波动相对准确的预测。因此，从这个角度说，石油期货价格预测是政府监管的基础和技术保障。 同时，石油期货价格预测水平的提高也是对金 融时间序列预测理论的丰富和发展。金融时间序列预测是个非常具有挑战性的任务，而对高波动的石油期货价格进行预测则更具严峻性。对石油期货价格发展趋势的预测是金融时间序列预测的前沿性工作，将对其它相关领域的工作产生积极影响。 综上所述，石油期货价格预测是我国企业参与国际石油期货交易，锁定石油价格风险的决策参考，也是我国政府进行有效监管，从而发展壮大我国石油期货市场，夺取世界石油定价权的技术基础，其预测水平的提高也是对金融时间序列预测理论的丰富和发展，因此具有重大的理论意义和十分重大的实践意义。 北京理工大学博士学位论文 献综述 统石油期货价格预测方法 在国际期货市场100多年的发展历程中，对期货价格波动性和价格预测的研究一直是众多学者和投资者关注的焦点。其中发展得相对稳定成熟并普遍为市场所接受的理论方法包括：基本分析法和技术分析法10，11。这些方法多数对股票市场和期货市场都适用，也是对石油期货价格进行预测的基本方法。 (1)基本分析法 基本分析法由 20 世纪 30 年代初期创立，他在 1934 年出版的名著12中论述了股票价格的基本分析 方法，该方法是根据市场供求关系和其他各种相关因素来分析和预测市场价格的走势。由于股票价格和期货价格的相似性，该理论很快就被引入到期货价格分析当中。基本分析法假定投资者是理性的，商品价值决定商品价格，价格围绕价值上下波动。在石油期货价格的预测中，从基本分析角度看，目前人们认为影响石油期货价格的主要因素包括：影响石油需求的基本因素，包括石油需求的刚性、世界经济的增长速度、经济结构的转换、能源消费的结构、能源利用的效率、各国相关政策等。影响石油供应的基本因素，包括石油资源分布的不平衡性、石油生产的特殊性、石油供应链中的突发政治经济事件、石油国际组织（如行为等。其他影响石油期货价格的因素，如石油储备状况、资本市场的投机行为、汇率因素、心理因素和自然气候变化等3,13。 基本分析法一般比较适合进行石油期货价格的长期预测，其价格围绕价值上下波动的理念符合经济理论，容易为人所接受，同时也比较简单易行。但是该方法要求对有关信息全面及时的获取， 这不但对于一般投资者难以做到， 即便是大机构也不现实，而且该方法中各因素对价格的影响程度难以准确刻画，只能用来进行定性分析，不好进行短期定量预测。 另外， 这种分析方法对未来突发事件的影响难以提供合理的预测。 (2)技术分析法 技术分析法，主要是根据成交价格、成交量和持仓量等数据，借助于特定的技术图形和技术指标来进行价格预测的方法。技术分析法的历史也颇为悠久，可以追溯到18世纪中期，那时日本商人根据每天米价涨跌数据绘成的图形寻找米价涨跌规律，这就是现在市场中广为接受的4。 技术分析派认为，只凭借基本因素分析难以准确预测价格，研究价格如何变动比北京理工大学博士学位论文 5研究价格为何变动更为重要，只要分析市场本身所形成的数据，就可以对未来价格做出有意义的预测。技术分析假设市场是由情感驱动的，或者由凯恩斯所说的“动物精神”所驱动，它的研究基于以下三个假设：市场本身包容了一切信息；市场价格一般情况下沿原趋势运动；各种市场现象会重复出现，即“历史会重演”15。 技术分析法理论的先驱是道氏理论的创立者查尔斯H道16。他的研究原本是针对自己所设计的股票市场平均价格指数进行的 ，但绝大多数理论在期货市场中也适用。目前大多数广为接受的技术分析理论都起源于道氏理论，该理论的主要内容表现为六大基本原则：平均价格包容消化一切因素；市场具有三种趋势（长期、中期和短期） ；长期趋势分为三个阶段；各种平均价格必须相互验证；交易者必须验证趋势；逆转信号。 但是，道氏理论必须要等到新趋势确立之后才能确认，这对交易者来说指导意义不够完善。1938年，RN7，它能够在即将出现的顶部或底部提前发出警告信号，使得技术分析方法对交易者的实际操作具备了更有效的指导意义。在究者们对技术分析的图表和指标进行了发展18，使技术分析成为市场交易者分析价格趋势的主要手段。 与基本分析方法相比，技术分析法比较适于预测石油期货的短期价格，它适合对市场价格的趋势分析也可以对市场走势进行定量预测，对各种时间长度的操作都有指导性。但该方法比较复杂，掌握起来有一定困难，而且很多判断都带有主观性，不同人分析出的结果可能很不相同。此外，技术分析方法主要是通过归纳总结过去的交易记录得出交易指导，很多预测的结论无法给出理论上合理的解释，不能从理论角度对期货交易进行总结和提高。最后，以道氏理论和波浪理论为代表的技术分析理论近几十年来基本处于停滞不前状态， 虽然内容也在不断丰富中， 但基本没有什么本质进展。 油期货价格分析的数量化模型 除了传统的基本面分析和技术分析，近年来对石油期货价格的分析还有另外一种思路：将石油期货价格看作是一个经济时间序列，以数量化的方法建立模型来研究这个价格序列波动并进行预测，其本质与一般商品价格预测、股票市场价格预测及其它金融衍生产品价格分析方式基本一致。该领域的主要理论包括（几何）布朗运动模型、效率市场假说和异方差模型。 (1)（几何）布朗运动模型 价格波动数量化研究的鼻祖应该说是法国著名数学家1900北京理工大学博士学位论文 6年3月29 日提交给法国巴黎科学院的博士论文中，他第一次研究了投机市场期权的价格波动问题19，20。过记录标的资