پیش‌بینی نوسان با استفاده از ترکیب مدل‌های یادگیری عمیق و مدل‌های خانواده GARCH : مطالعه موردی بیت‌کوین

نوع مقاله : علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه اقتصاد دانشکده مدیریت و اقتصاد، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

2 استاد گروه اقتصاد، دانشکده اقتصاد دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران (نویسنده مسئول)

3 استادیار گروه اقتصاد، دانشکده مدیریت و اقتصاد، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

4 استادیار گروه اقتصاد، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

10.30465/jnet.2025.47420.2096

چکیده

پیش‌بینی نوسانات قیمت رمزارزها یک موضوع مهم و در عین حال چالش برانگیز است. با توجه به خصوصیات غیرخطی و ویژگی تغییرات زمانی عوامل مختلفی که بر قیمت رمزارزها تأثیر می گذارند، این مطالعه یک روش جدید برای پیش‌بینی نوسانات قیمت ارائه می‌نماید. در این روش، دو تکنیک مهم ترکیب شده‌اند. یکی از آن‌ها مدل‌های خودرگرسیون واریانس ناهمسان تعمیم‌یافته (GARCH) کلاسیک است که اطلاعات آماری مفیدی را درباره نوسانات قیمت، به صورت فشرده و از طریق پیش‌بینی‌های GARCH ارائه می‌کند.تکنیک دوم مدل‌های یادگیری ماشین است. عملکرد بهتر ترکیب مدل‌های GARCH و یادگیری ماشین در پیش‌بینی نوسانات در بازارهای مختلف مانند انرژی، فلزات اصلی و به خصوص بازارهای سهام، نسبت به هر یک از مدل‌ها بصورت جداگانه ثابت شده است. برای تأیید این فرضیه در بازار رمزارزها، در این مطالعه مدل‌های مختلفی بر اساس خانوده GARCH و شبکه حافظه کوتاه‌مدت طولانی (LSTM) طراحی و عملکرد آن‌ها در پیش‌بینی نوسانات یک رمزارز منتخب ارزیابی شده است. سپس، مدل‌های ترکیبی مختلف ساخته شده که خروجی‌های چهار مدل GARCH، EGARCH، Gjr-GARCH و TARCH، با سه فرض مختلف برای توزیع باقیمانده‌ها به شبکه LSTM تغذیه شده است. به عبارت دیگر، مدل‌های GARCH به عنوان استخراج کننده ویژگی استفاده شده اند و مدل‌های یادگیری ماشین یک دنباله از ویژگی‌های استخراج شده را به عنوان ورودی خود برای تولید نوسانات آتی به کار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که پیش‌بینی‌های مدل‌های یادگیری ماشین بصورت جداگانه، نه تنها پیش‌بینی‌های مدل‌های GARCH را با هر فرض توزیع بهبود می‌بخشند، بلکه پیش‌بینی‌های مدل‌های GARCH به عنوان ویژگی‌های اطلاعاتی قابل توجه، قابلیت بهبود محسوسی را در پیش‌بینی مقادیر نوسان آتی توسط مدل‌های ترکیبی یادگیری ماشین دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Volatility Prediction Using Hybrid Deep Learning and GARCH Family Models: A Case Study on Bitcoin

نویسندگان [English]

  • saeed sadrzadeh moghadam 1
  • kambiz hozhabrkiani 2
  • kambiz peykarjou 3
  • alireza moradi 4
1 Ph.D. Student, Department of Economic, Faculty of Management and Economics, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran.
2 Prof. Department of Economic, Faculty of Economics, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
3 Assistant Prof, Department of Economic, Faculty of Management and Economic, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
4 Assistant Prof, Department of Economic, Faculty of Humanities, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

This study aims to predict the volatility of cryptocurrencies, which is a crucial and difficult task. Considering the nonlinear characteristics and time-varying features of various factors that affect the price of cryptocurrencies, this study uses a novel method that combines two powerful techniques: the GARCH model and the LSTM network. The GARCH model captures the statistical patterns of price fluctuations and provides GARCH forecasts. The second technique is machine learning models. Previous studies have shown that combining GARCH models and machine learning can improve the volatility prediction in various markets, such as energy, metals and stocks markets. This study tests this hypothesis in the cryptocurrency market by using different LSTM models to predict the volatility of a selected cryptocurrency. It also creates hybrid models that feed the outputs of different GARCH variants, with three different assumptions for the residual distribution, to the LSTM network. In other words, the GARCH models act as feature extractors and the LSTM models use the extracted features as input to generate future volatility. The results show that the LSTM models alone outperform the GARCH models with any residual distribution, and that the GARCH models as features can enhance the prediction performance of the LSTM models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GARCH
  • Machine Learning
  • LSTM
  • BitCoin
  • Volatility

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 28 بهمن 1403
  • تاریخ دریافت: 23 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری: 29 دی 1403
  • تاریخ پذیرش: 28 بهمن 1403