etf/core/factors/momentum.py

"""
动量因子计算模块

支持两种动量因子：
1. N日涨幅（简单动量）
2. 斜率×R²趋势得分（改进版）
"""

import numpy as np
import pandas as pd
from sklearn.linear_model import LinearRegression


def calculate_momentum(price_series: pd.Series, n: int) -> pd.Series:
    """
    计算 N 日涨幅（简单动量）

    Args:
        price_series: 价格序列
        n: 动量窗口天数

    Returns:
        Series: N日涨幅
    """
    return price_series / price_series.shift(n + 1) - 1.0


def _slope_r2_score(srs: pd.Series, n: int = 25) -> float:
    """
    单次计算斜率×R²趋势得分

    Args:
        srs: 价格窗口序列（长度为 n）
        n: 窗口长度

    Returns:
        float: 斜率 × R² × 10000
    """
    if srs.shape[0] < n:
        return np.nan

    x = np.arange(1, n + 1).reshape(-1, 1)
    y = srs.values / srs.values[0]  # 归一化

    lr = LinearRegression().fit(x, y)
    slope = lr.coef_[0]
    r_squared = lr.score(x, y)
    score = 10000 * slope * r_squared

    return score


def calculate_slope_r2(price_series: pd.Series, n: int = 25) -> pd.Series:
    """
    计算斜率×R²趋势得分序列

    Args:
        price_series: 价格序列
        n: 滚动窗口天数

    Returns:
        Series: 趋势得分序列
    """
    return price_series.rolling(n).apply(
        lambda x: _slope_r2_score(x, n), raw=False
    )


def calculate_daily_return(price_series: pd.Series) -> pd.Series:
    """
    计算日收益率

    Args:
        price_series: 价格序列

    Returns:
        Series: 日收益率
    """
    return price_series / price_series.shift(1) - 1


def _is_china_index(code: str) -> bool:
    """判断是否为A股指数"""
    return code.endswith('.SH') or code.endswith('.SZ') or code.endswith('.SS')


def compute_factors(
    index_data: pd.DataFrame,
    code_list: list,
    n: int = 25,
    factor_type: str = "slope_r2",
    etf_data: pd.DataFrame = None,
    code_config: dict = None,
) -> tuple[pd.DataFrame, list]:
    """
    计算所有指数的因子和日收益率（横截面策略版本）
    
    核心逻辑：
    1. 每个标的按照自己的交易日历计算技术指标
    2. 对齐到A股交易日历（取离A股交易日最近的有效数据，不使用未来数据）
    3. 严格控制T+1规则：T日收盘计算信号，使用T日及之前的数据
    
    Args:
        index_data: 指数价格数据（宽格式，已对齐到A股交易日历，非A股可能有NaN）
        code_list: 指数代码列表
        n: 动量/趋势窗口
        factor_type: 'momentum' 或 'slope_r2'
        etf_data: ETF价格数据（宽格式，用于收益计算）
        code_config: 代码配置字典 {code: {name, etf, market}}

    Returns:
        tuple: (result_df, valid_codes)
        - result_df: 包含因子得分和日收益率的DataFrame（按A股交易日对齐）
        - valid_codes: 有效代码列表
    """
    code_config = code_config or {}
    
    # 如果没有提供ETF数据，创建一个空的DataFrame
    if etf_data is None:
        etf_data = pd.DataFrame()
    
    # 获取A股交易日历（index_data的索引）
    a_share_dates = index_data.index
    
    # 过滤有效代码
    valid_codes = []
    for code in code_list:
        if code not in index_data.columns:
            print(f"  ⚠ 跳过 {code}: 不在数据中")
            continue
        valid_codes.append(code)
    
    # 为每个标的单独计算指标，然后对齐到A股交易日历
    result = pd.DataFrame(index=a_share_dates)
    
    for code in valid_codes:
        # 获取该标的的原始价格数据（去除NaN）
        price_series = index_data[code].dropna()
        
        if len(price_series) < n + 1:
            print(f"  ⚠ 剔除 {code}: 数据不足 ({len(price_series)} < {n+1})")
            valid_codes.remove(code)
            continue
        
        # 按照该标的自己的交易日历计算指标（使用指数数据）
        if factor_type == "momentum":
            factor_series = calculate_momentum(price_series, n)
        elif factor_type == "slope_r2":
            factor_series = calculate_slope_r2(price_series, n)
        else:
            raise ValueError(f"不支持的因子类型: {factor_type}")
        
        # 对齐到A股交易日历：价格使用ffill，指标使用ffill
        # 但日收益率需要基于对齐后的价格重新计算，而不是直接ffill
        price_aligned = price_series.reindex(a_share_dates, method='ffill')
        factor_aligned = factor_series.reindex(a_share_dates, method='ffill')
        
        # 基于对齐后的价格重新计算日收益率
        # 这样如果T日没有交易（价格被ffill），日收益率为0
        return_aligned = calculate_daily_return(price_aligned)
        
        result[code] = price_aligned
        result[f"得分_{code}"] = factor_aligned
        result[f"日收益率_{code}"] = return_aligned
    
    # 过滤掉缺失值过多的指数（基于A股交易日历）
    total_rows = len(result)
    final_valid_codes = []
    for code in valid_codes:
        null_pct = result[code].isnull().sum() / total_rows
        if null_pct > 0.2:
            print(f"  ⚠ 剔除 {code}: 对齐后缺失率 {null_pct:.1%} 过高")
            result = result.drop(columns=[code, f"得分_{code}", f"日收益率_{code}"], errors='ignore')
        else:
            final_valid_codes.append(code)

    # 注意：不做dropna，保留所有A股交易日
    # 非A股标的在没有数据的日子，得分和日收益率会保持NaN或前向填充值
    # 这是正常的横截面策略行为：T日只交易有数据的标的
    score_cols = [f"得分_{code}" for code in final_valid_codes]

    print("\n因子计算完成:")
    print(f"  因子类型: {factor_type}")
    print(f"  窗口天数: {n}")
    print(f"  有效指数: {len(final_valid_codes)}/{len(code_list)}")
    print(f"  有效数据: {len(result)} 行")
    print(f"  时间范围: {result.index[0].date()} ~ {result.index[-1].date()}")
    if etf_data is not index_data and not etf_data.empty:
        print(f"  使用ETF数据计算收益: ✓")

    return result, final_valid_codes