quant_engine

量化研究引擎 —— alpha 因子库 + 执行仿真 + 技术指标 + 数据适配 + 回测工具

从 research_results 抽出的纯回测能力库(v1.2.0 重构)。

角色

quant_engine 是 researchhub_workspace 的引擎层:

仓库 角色
quant_engine 纯研究核心(alpha + execution + ledger + attribution + risk + metrics)
research_results 业务集成(47 个 proj 调度 + 注册 + 平台对接)
tushare2db_pro_aoge 数据层(行情 ELT)
research_platform 展示层(FastAPI + Next.js)
edb_data_core 数据层(经济数据)

模块

  • alpha_factors — 158 alpha 公式 + 24 基础算子(移植自 qlib alpha158)
  • factor_contracts — FactorDefinition / FactorSetRef v1 纯计算合同、严格 PIT/availability 输入准入与显式 legacy 投影
  • execution — A 股长仓执行仿真(成本/滑点/现金约束)+ 稀疏调仓/完整交易日 Ledger + 可投影成交与 NAV 审计;T+1、涨跌停、成交量与价差提供独立约束函数
  • indicators — 50+ 技术指标(MACD / KDJ / 布林 / ATR / ADX / 等)
  • data_adapter — 桥接 qtdb_pro 长表与新模块(rename / long-wide / 复权 / vwap 代理)
  • backtest — weight-based 多日仿真(rebalance_table / compute_nav / compare_to_benchmark)
  • portfolio_construction — 多期因子分数 → Top-K → 等权目标权重表
  • research_pipeline — 因子日 → 下一真实交易日 → 显式执行价 → 日末估值 → 成本后绩效(防前视编排)
  • governed_pipeline — 数据快照 → 因子版本 → 策略版本 → 回测运行 → 目标组合 → 风险决策 → Paper 订单意图;全链路带确定性 ID,风险拒绝时禁止生成订单意图
  • artifact — 版本化、确定性、存储中立的完整 research run 事实表与 manifest
  • attribution — 基于实际成交后持仓的隔夜 / 日内 / 交易成本逐日收益归因与闭合审计
  • metrics — 绝对绩效 + 严格日期对齐的 TE / IR / alpha / beta 基准相对绩效
  • factor_library — 通用方法(turnover / winsorize / IC / OLS / jb_test)
  • portfolio_decomp — 组合分解(risk_parity / mean_variance / 因子归因)
  • risk — ndarray 低层风险公式 + 标签安全、可分组的 Euler 成分风险分解
  • perf_stats — 详细绩效(与 metrics 并存)
  • logging — 统一 logger(标准库 + 可选 loguru)

依赖

  • 必需:numpy / pandas / scipy(标准量化栈)
  • 可选:loguru(logback,标准库 logging 兜底)

零重型依赖 —— 不引入 torch / lightgbm / hikyuu 等。

安装

cd quant_engine
pip install -e ".[dev]"

测试

pytest                    # 单元测试
pytest --cov=src          # 覆盖率
mypy --strict src/        # 类型检查
ruff check src/ tests/    # lint

# 无网络、无数据库、无券商的架构烟测
uv run python -m quant_engine.governed_pipeline

使用

from quant_engine.alpha_factors import alpha_001, alpha_005, ALPHA158_REGISTRY
from quant_engine.execution import (
    ExecutionConfig, simulate_daily_ledger_with_audit,
    simulate_multi_day_with_audit, simulate_with_daily_data,
)
from quant_engine.research_pipeline import (
    run_factor_backtest_research, run_factor_execution_research,
)
from quant_engine.backtest import run_weight_backtest
from quant_engine.indicators import macd, bollinger, kdj
from quant_engine.data_adapter import (
    long_to_wide, wide_to_long, rename_tushare_columns,
    add_vwap_proxy, apply_adj_factor,
    prepare_stock_series, prepare_execution_inputs,
    load_qtdb_daily,
)

# 端到端:qtdb_pro 长表 → 适配 → alpha158 → execution
df = load_qtdb_daily(["000001.SZ"], "2024-01-01", with_adj=True)
close_prices, volumes = prepare_execution_inputs(df)
open_prices, _ = prepare_execution_inputs(df, price_col="open")
result = simulate_with_daily_data(close_prices, initial_cash=1_000_000.0)

# 已正确滞后的目标权重 → 现金约束执行 → 唯一来源的成交/拒绝/日末持仓/NAV
execution = simulate_multi_day_with_audit(
    target_weights_history=[
        ("2024-01-02", {"000001.SZ": 1.0}),
        ("2024-01-03", {"000001.SZ": 1.0}),
    ],
    price_history=[
        ("2024-01-02", {"000001.SZ": 10.0}),
        ("2024-01-03", {"000001.SZ": 10.5}),
    ],
    initial_cash=1_000_000.0,
    config=ExecutionConfig(),
)
print(execution.nav_series)
print(execution.daily_executions)

# 多期因子分数(必须是 point-in-time 数据)→ Top-K → 下一交易日 open 执行
factor_execution = run_factor_execution_research(
    factor_scores,
    top_k=20,
    execution_prices=open_prices,
    execution_price_field="open",
    initial_cash=1_000_000.0,
)

# 推荐研究入口:同一交易日历上显式区分 open 成交和 close 估值。
# 因子日保持现金,下一交易日成交后的真实持仓才参与当日收盘收益。
factor_backtest = run_factor_backtest_research(
    factor_scores,
    top_k=20,
    execution_prices=open_prices,
    valuation_prices=close_prices,
    execution_price_field="open",
    valuation_price_field="close",
    initial_cash=1_000_000.0,
    config=ExecutionConfig(),
)
print(factor_backtest.nav)
print(factor_backtest.returns)
print(factor_backtest.stats())
print(factor_backtest.execution.ledger_frame)
print(factor_backtest.execution.trades_frame)
print(factor_backtest.position_weights)  # 实际日末资产权重
print(factor_backtest.cash_weights)

# 所有分析都以实际成交后的 Ledger 为事实源,不直接使用目标权重伪造结果。
attribution = factor_backtest.return_attribution()
print(attribution.asset_contributions)
print(attribution.transaction_cost)
print(attribution.residual)  # 应接近 0;否则说明贡献未闭合到账本收益

# benchmark_returns 必须与成本后 factor_backtest.returns 使用完全相同的日期索引。
print(factor_backtest.benchmark_stats(benchmark_returns))

# 下游稳定交付:显式提供代码版本、数据快照和时区,不在核心层写数据库。
from quant_engine.artifact import build_research_run_artifact
from quant_engine.data_adapter import prepare_asset_return_snapshot
from quant_engine.risk import estimate_covariance_snapshot

risk_date = factor_backtest.position_weights.index[-1].date()
market_snapshot = prepare_asset_return_snapshot(
    qtdb_daily_long,
    source="qtdb_pro.hq_daily",
    source_snapshot_id="<upstream-ingestion-snapshot-id>",
    adjustment="qfq",
)
risk_snapshot = estimate_covariance_snapshot(
    market_snapshot.returns,
    as_of_date=risk_date,
    lookback_sessions=252,
    min_observations=120,
    data_snapshot_id=market_snapshot.data_snapshot_id,
)

artifact = build_research_run_artifact(
    factor_backtest,
    run_id="research-run-001",
    strategy_id="alpha-top20",
    strategy_name="Alpha Top 20",
    strategy_version="1.0.0",
    engine_version="1.2.0",
    code_revision="<git-sha>",
    data_snapshot_id=market_snapshot.data_snapshot_id,
    calendar="CN-A",
    timezone="Asia/Shanghai",
    started_at="2026-08-21T10:00:00+08:00",
    finished_at="2026-08-21T10:01:00+08:00",
    parameters={"top_k": 20, "lag_sessions": 1},
    benchmark_id="000300.SH",
    benchmark_returns=benchmark_returns,
    risk_snapshots={risk_date: risk_snapshot},
)
print(artifact.manifest())

# run_weight_backtest 是低层算子:只接受收益区间开始前已经生效的持仓权重。
# 不要把 signal-date 的 factor_scores/decision_weights 直接传给它。
backtest = run_weight_backtest(
    weights=effective_holding_weights,
    stock_returns=daily_returns,
    initial_capital=1_000_000.0,
    benchmark_nav=benchmark_nav,
)
print(factor_execution.schedule.signal_to_execution)
print(factor_execution.execution.daily_executions)
print(backtest.stats())
print(backtest.benchmark_report())

因子/特征合同 v1

quant_engine.factor_contracts 提供 researchhub.factor-definition 与 researchhub.factor-set-ref 1.0.0。合同使用受限 canonical JSON:只接受 ASCII lower-snake-case object key、UTF-8 string、bool/null 和 safe integer;小数参数必须用显式 canonical decimal string。定义、输入映射、上游证据、输出 schema/content 和 lineage 的任一 语义变化都会产生新 identity。

创建 FactorSetRef 必须提供完整且可重算 identity 的 DatasetSnapshotEnvelope 与 DataFoundationEnvelope,不能用 ID 字符串或布尔值代替资格证明。每个因子输入都要映射到一个 实际选中的 StandardizedViewRef,schema 必须同时匹配定义和 view;未消费、缺失、重复或跨 snapshot/Foundation/PIT 的 view 都会失败关闭。snapshot PIT 可以早于 Foundation/view PIT, 但始终满足 knowledge ≤ snapshot PIT ≤ Foundation/view/FactorSet PIT ≤ evaluation。

from quant_engine.factor_contracts import (
    DataFoundationEnvelope,
    DatasetSnapshotEnvelope,
    FactorDefinition,
    FactorSetRef,
)

snapshot = DatasetSnapshotEnvelope.from_dict(dataset_snapshot_v1)
foundation = DataFoundationEnvelope.from_dict(data_foundation_v1)

# definition 必须是完整的 FactorDefinition;FactorSetRef.create 还要求显式 input bindings、
# view availability、output quality/coverage、canonical output bytes 和 immutable artifact ref。
factor_set = FactorSetRef.create(
    definitions=(definition,),
    dataset_snapshot=snapshot,
    foundation=foundation,
    **explicit_factor_set_evidence,
)

availability_mode="as_available" 声明 source/view 和计算产物在历史 evaluation 前实际可用; "retrospective_replay" 保留历史 evaluation,但要求真实 publication/view creation、compute 和 artifact 时间位于之后,并固定 historical_availability="not_established"。两种模式都不会授予 decision、real-data、production、paper 或 live readiness。

旧 governed_pipeline.FactorVersion 的四字段构造器、factor_id@version、run/target/risk/order identity 均保持不变。迁移只能通过 content-addressed LegacyFactorBinding,再显式调用 bind_legacy_factor() 或 project_legacy_factor();后者是有损投影,不表示旧 digest 与新定义 digest 等价,也不会把旧 run 静默升级为新合同。

治理垂直切片

governed_pipeline 不复制因子、回测、组合或执行算法,只编排现有能力并补充版本与风险契约。 调用方必须显式提供 DatasetSnapshot、FactorVersion、StrategyVersion、代码提交和 RiskPolicy。模块只会生成 environment="paper" 的订单意图,不连接数据库、数据供应商或 券商;风险决策为拒绝时,订单意图固定为空,直接调用创建函数也会失败关闭。

该切片对应 ResearchHub 架构的首个可执行验收链路:

DatasetSnapshot → FactorVersion → StrategyVersion → BacktestRun
→ PortfolioTarget → RiskDecision → PaperOrderIntent

平台总架构、五仓职责和十二层能力映射仍以 research_platform/docs/architecture/ 为权威; 本仓只拥有纯计算与离线模拟合同。

与 research_results 的关系

research_results 依赖 quant_engine(通过 re-export 保持向后兼容):

# research_results/src/shared/alpha_factors.py 现在是:
from quant_engine.alpha_factors import *  # re-export

47 个 proj 的 import 路径暂时不变(from src.shared.alpha_factors import ... 仍可用)——后续逐步迁移到 from quant_engine.alpha_factors import ...。

S
Description
量化研究引擎 —— alpha 因子库 + 执行仿真 + 技术指标 + 数据适配 + 回测工具
Readme
971 KiB
Languages
Python 100%