2

Quiero obtener la cartera de variación mínima. Los rendimientos esperados mu son:

> mu
       .SXQR        .SXTR        .SXNR        .SXMR        .SXAR        .SX3R 
 0.100496686  0.068652744  0.065081570  0.013155820  0.086947540  0.103143934 
       .SX6R        .SXFR        .SXOR        .SXDR        .SX4R        .SXRR 
 0.054990629  0.088484620  0.085435533  0.068080455  0.098365460  0.023932074 
       .SXER        .SXKR        .SX7R        .SX8R        .SXIR        .SXPR 
 0.037525561 -0.000400454  0.024776148  0.007051037  0.042215791  0.116013074

y la matriz de covarianza covMat esta :

> covMat
           .SXQR      .SXTR      .SXNR      .SXMR      .SXAR      .SX3R      .SX6R
.SXQR 0.03345763 0.03498086 0.04185753 0.03245136 0.03497776 0.02324828 0.02081399
.SXTR 0.03498086 0.04974472 0.04619830 0.04159817 0.04420657 0.02401824 0.02689768
.SXNR 0.04185753 0.04619830 0.06097311 0.04537355 0.05011720 0.02686316 0.03057380
.SXMR 0.03245136 0.04159817 0.04537355 0.04287405 0.04017447 0.02191462 0.02405812
.SXAR 0.03497776 0.04420657 0.05011720 0.04017447 0.05465295 0.02184147 0.02625680
.SX3R 0.02324828 0.02401824 0.02686316 0.02191462 0.02184147 0.02318865 0.01733667
.SX6R 0.02081399 0.02689768 0.03057380 0.02405812 0.02625680 0.01733667 0.03490965
.SXFR 0.04086303 0.05423479 0.05599539 0.04781758 0.04785298 0.03177379 0.03971822
.SXOR 0.03468033 0.04174388 0.04790487 0.03778244 0.03958789 0.02265676 0.03305845
.SXDR 0.01823918 0.02550628 0.02203189 0.02453928 0.01603731 0.01815483 0.01477641
.SX4R 0.03342966 0.03293408 0.04631396 0.03373207 0.03772380 0.02582638 0.02640921
.SXRR 0.03033003 0.03421856 0.04020604 0.03334523 0.03561357 0.01863272 0.02276777
.SXER 0.02051229 0.01525291 0.02833009 0.01743750 0.01769105 0.01464734 0.01775119
.SXKR 0.02694061 0.03196615 0.03950701 0.03682066 0.03574271 0.01394396 0.02498871
.SX7R 0.03635913 0.04453817 0.04871591 0.03789661 0.03882093 0.02804067 0.03282608
.SX8R 0.03991513 0.04959444 0.05847244 0.04934120 0.04838590 0.02522826 0.02852557
.SXIR 0.03508348 0.04831080 0.04905516 0.04555107 0.04046836 0.02949463 0.03263901
.SXPR 0.04456718 0.03223030 0.06505796 0.03031465 0.04557004 0.02648925 0.03399364
           .SXFR      .SXOR       .SXDR      .SX4R      .SXRR      .SXER      .SXKR
.SXQR 0.04086303 0.03468033 0.018239181 0.03342966 0.03033003 0.02051229 0.02694061
.SXTR 0.05423479 0.04174388 0.025506282 0.03293408 0.03421856 0.01525291 0.03196615
.SXNR 0.05599539 0.04790487 0.022031890 0.04631396 0.04020604 0.02833009 0.03950701
.SXMR 0.04781758 0.03778244 0.024539282 0.03373207 0.03334523 0.01743750 0.03682066
.SXAR 0.04785298 0.03958789 0.016037311 0.03772380 0.03561357 0.01769105 0.03574271
.SX3R 0.03177379 0.02265676 0.018154833 0.02582638 0.01863272 0.01464734 0.01394396
.SX6R 0.03971822 0.03305845 0.014776414 0.02640921 0.02276777 0.01775119 0.02498871
.SXFR 0.07060256 0.05433736 0.029870028 0.04370332 0.04173824 0.02543286 0.03772980
.SXOR 0.05433736 0.05018950 0.019754192 0.03724791 0.03814745 0.02642396 0.03293653
.SXDR 0.02987003 0.01975419 0.024627383 0.01758262 0.01499347 0.01045468 0.01481692
.SX4R 0.04370332 0.03724791 0.017582623 0.04093423 0.03116615 0.02429916 0.02793648
.SXRR 0.04173824 0.03814745 0.014993470 0.03116615 0.03504357 0.01910385 0.03251937
.SXER 0.02543286 0.02642396 0.010454676 0.02429916 0.01910385 0.02722964 0.01322536
.SXKR 0.03772980 0.03293653 0.014816920 0.02793648 0.03251937 0.01322536 0.04505911
.SX7R 0.05938230 0.05169770 0.023760635 0.04122183 0.03709132 0.02779035 0.02632013
.SX8R 0.05506206 0.04556889 0.027748962 0.04155255 0.03723654 0.02359730 0.04231239
.SXIR 0.05991709 0.04424346 0.033142798 0.03888777 0.03233359 0.02232765 0.03104647
.SXPR 0.04889303 0.05858437 0.006954027 0.05553596 0.04425855 0.05085459 0.02653357
           .SX7R      .SX8R      .SXIR       .SXPR
.SXQR 0.03635913 0.03991513 0.03508348 0.044567182
.SXTR 0.04453817 0.04959444 0.04831080 0.032230303
.SXNR 0.04871591 0.05847244 0.04905516 0.065057961
.SXMR 0.03789661 0.04934120 0.04555107 0.030314650
.SXAR 0.03882093 0.04838590 0.04046836 0.045570043
.SX3R 0.02804067 0.02522826 0.02949463 0.026489254
.SX6R 0.03282608 0.02852557 0.03263901 0.033993645
.SXFR 0.05938230 0.05506206 0.05991709 0.048893031
.SXOR 0.05169770 0.04556889 0.04424346 0.058584372
.SXDR 0.02376063 0.02774896 0.03314280 0.006954027
.SX4R 0.04122183 0.04155255 0.03888777 0.055535956
.SXRR 0.03709132 0.03723654 0.03233359 0.044258552
.SXER 0.02779035 0.02359730 0.02232765 0.050854589
.SXKR 0.02632013 0.04231239 0.03104647 0.026533566
.SX7R 0.06443470 0.04622553 0.04997693 0.062958984
.SX8R 0.04622553 0.06557348 0.05449832 0.047301440
.SXIR 0.04997693 0.05449832 0.06063113 0.032824422
.SXPR 0.06295898 0.04730144 0.03282442 0.143337184

He visto que hay este articulo que da la ecuación y el código:

introducir la descripción de la imagen aquí

Entonces utilizo el código siguiente.

assetSymbols <- colnames(yearly_return)

mu <- colMeans(yearly_return,na.rm = TRUE) # expected returns
covMat <- cov(yearly_return) # covariance matrix
corMat <- cor(yearly_return) # correlation matrix


## Minimum Variance Portfolio function ####
getMinVariancePortfolio <- function(mu,covMat,assetSymbols) {
  U <- rep(1, length(mu)) # vector of 1
  O <- solve(covMat)     # inverse of covariance matrix
  w <- O%*%U /as.numeric(t(U)%*%O%*% U)
  Risk <- sqrt(t(w) %*% covMat %*% w)
  ExpReturn <- t(w) %*% mu
  Weights <- `names<-`(round(w, 5), assetSymbols)
  list(Weights = t(Weights),
       ExpReturn = round(as.numeric(ExpReturn), 5),
       Risk = round(as.numeric(Risk), 5))
}

Pero calculando el inverso de la matriz obtengo:

 Error in solve.default(covMat) : 
  system is computationally singular: reciprocal condition number = 1.06734e-19 

1 respuesta 1

3

Consideraciones

Como la implementación de la función getMinVariancePortfolio proviene de aplicar el multiplicador de lagrange al siguiente enunciado de programación lineal producto del Modelo de Markowitz:

minimizar

Luego de verificar su correcta resolución, aplicando las derivadas parciales respectivas:

lagrange

Y siendo:

w: el peso de las acciones, Σ-1: matriz inversa de covarianza y u: un arreglo unitario cuya longitud es igual al número de acciones.

Sólo puedo decir que la matriz inversa de Σ no sólo tiene que ser "cuadrada" (que se cumple porque es una matriz de covarianza) sino que su determinante debe ser diferente de cero (0). Por ejemplo una matriz 2x2, Donde |A| es la determinante:

introducir la descripción de la imagen aquí

En este caso (try(solve(covMat))) si se aplica det(covMat), debe ser un valor muy pequeño, casi muy cercano a cero (0).

Cómo se está usando multiplicadores de lagrange para resolver un sistema de ecuaciones, lo anterior implicaría que existen infinitas soluciones o dicho de otro modo, diferentes pesos (w) de rendimiento para las 18 acciones.

|covMat| = 0 : Infinitos pesos (w) luego de resolver las ecuaciones de lagrange

Lo cual tiene sentido porque 1/0 es infinito.

Para resolver lo anterior, se revisó la documentación de Wolfram Aplha sobre matrices inversas (inglés) ahí se explica que existen diversos métodos para su tratamiento.

En tal sentido, al revisar la documentación de la función solve en LAPACK — Linear Algebra PACKage, siento decir que no he sido capaz de encontrar con qué método dicha función determina la inversa de una matriz (cuadrada).

No obstante, como el procedimiento mostrado tanto en la pregunta como en el articulo (francés, sólo leí las ecuaciones :)) es correcto y la restricción sólo está en el método ha emplearse para determinar la inversa de una matriz NxN, sólo queda buscar otros métodos.

Sobre lo anterior, por lo general en algebra lineal se emplea la Pseudoinversa de Moore-Penrose para la resolución de ecuaciones lineales, que en este caso aplica, porque se ha usado los multiplicadores de lagrange a un problema de minimización de programación lineal.

Alternativa

A fin de no reinventar la rueda, el paquete pragma emplea la Pseudoinversa de Moore-Penrose para hallar matrices inversas.

Sólo hay que instalar dicho paquete y comprobar si efectivamente trabaja bien en contraste con la función solve

Tomándose el ejemplo que viene en solve sobre matriz de hilbert

install.packages(pracma)
library(pracma)

hilbert <- function(n) { i <- 1:n; 1 / outer(i - 1, i, "+") }
h8 <- hilbert(8); h8
          [,1]      [,2]      [,3]       [,4]       [,5]       [,6]       [,7]       [,8]
[1,] 1.0000000 0.5000000 0.3333333 0.25000000 0.20000000 0.16666667 0.14285714 0.12500000
[2,] 0.5000000 0.3333333 0.2500000 0.20000000 0.16666667 0.14285714 0.12500000 0.11111111
[3,] 0.3333333 0.2500000 0.2000000 0.16666667 0.14285714 0.12500000 0.11111111 0.10000000
[4,] 0.2500000 0.2000000 0.1666667 0.14285714 0.12500000 0.11111111 0.10000000 0.09090909
[5,] 0.2000000 0.1666667 0.1428571 0.12500000 0.11111111 0.10000000 0.09090909 0.08333333
[6,] 0.1666667 0.1428571 0.1250000 0.11111111 0.10000000 0.09090909 0.08333333 0.07692308
[7,] 0.1428571 0.1250000 0.1111111 0.10000000 0.09090909 0.08333333 0.07692308 0.07142857
[8,] 0.1250000 0.1111111 0.1000000 0.09090909 0.08333333 0.07692308 0.07142857 0.06666667

solve(h8) # funcion solve
        [,1]      [,2]       [,3]       [,4]        [,5]        [,6]        [,7]       [,8]
[1,]      64     -2016      20160     -92400      221760     -288288      192192     -51480
[2,]   -2016     84672    -952560    4656960   -11642400    15567552   -10594584    2882880
[3,]   20160   -952560   11430720  -58212000   149688000  -204324119   141261119  -38918880
[4,]  -92400   4656960  -58212000  304919999  -800414996  1109908794  -776936155  216215998
[5,]  221760 -11642400  149688000 -800414996  2134439987 -2996753738  2118916783 -594593995
[6,] -288288  15567552 -204324119 1109908793 -2996753738  4249941661 -3030050996  856215352
[7,]  192192 -10594584  141261119 -776936154  2118916782 -3030050996  2175421226 -618377753
[8,]  -51480   2882880  -38918880  216215998  -594593995   856215351  -618377753  176679358

pinv(h8) # función del paquete Pragma
        [,1]      [,2]       [,3]       [,4]        [,5]        [,6]        [,7]       [,8]
[1,]      64     -2016      20160     -92400      221760     -288288      192192     -51480
[2,]   -2016     84672    -952560    4656960   -11642400    15567552   -10594584    2882880
[3,]   20160   -952560   11430720  -58211999   149687996  -204324114   141261116  -38918879
[4,]  -92400   4656960  -58211999  304919992  -800414977  1109908766  -776936135  216215993
[5,]  221760 -11642400  149687996 -800414977  2134439936 -2996753666  2118916732 -594593980
[6,] -288288  15567552 -204324114 1109908767 -2996753668  4249941561 -3030050925  856215332
[7,]  192192 -10594584  141261116 -776936136  2118916733 -3030050926  2175421177 -618377739
[8,]  -51480   2882880  -38918879  216215993  -594593981   856215332  -618377740  176679354

Cómo son métodos diferentes de aproximación, los resultados presentarán pequeñas variaciones, pero esto no invalida su uso para este caso concreto.

Solución

Una vez instalado y llamado el paquete pragma

install.packages(pracma)
library(pracma)

Sólo hay que reemplazar solve por pinv en la función getMinVariancePortfolio

## Minimum Variance Portfolio function ####
getMinVariancePortfolio <- function(mu,covMat,assetSymbols) {
    U <- rep(1, length(mu) # vector of 1
    O <- pinv(covMat)      # inverse of covariance matrix: Pragma Function pinv
    w <- O%*%U /as.numeric(t(U)%*%O%*% U)
    Risk <- sqrt(t(w) %*% covMat %*% w)
    ExpReturn <- t(w) %*% mu
    Weights <- `names<-`(round(w, 5), assetSymbols)
    list(Weights = t(Weights),
         ExpReturn = round(as.numeric(ExpReturn), 5),
         Risk = round(as.numeric(Risk), 5))
}

Al probar lo anterior con la estructura de datos facilitada en Calcular la matriz de covarianza se obtiene lo siguiente:

assetSymbols <- colnames(yearly_return)
mu <- colMeans(yearly_return,na.rm = TRUE) # expected returns
covMat <- cov(yearly_return) # covariance matrix

getMinVariancePortfolio(mu,covMat,assetSymbols)

$Weights
         [,1]    [,2]     [,3]    [,4]    [,5]    [,6]    [,7]    [,8]    [,9]   [,10]   [,11]   [,12]
[1,] -0.12839 0.01941 -0.27081 0.09285 0.13149 0.12208 0.24466 0.16166 0.25637 0.06266 0.01619 0.34199
       [,13]    [,14]   [,15]    [,16]  [,17]   [,18]
[1,] 0.13703 -0.05763 0.00859 -0.37557 0.0433 0.19411

$ExpReturn
[1] 0.12518

$Risk

[1] 0.15789

Finalmente, vale la pena acotar que la determinante para la matriz de covarianza (covMat) aún siendo muy pequeña:

det(covMat)
[1] -3.634388e-231

No impidió que se le encontrara su inversa con el método de la Pseudoinversa de Moore-Penrose.

Nota: Sólo aclarar qué no toda matriz cuadra tiene inversa: det(matrix(1:9,nrow=3))== 0 # TRUE por eso se hizo necesario emplear la matriz de hilbert para comprobar las inversas entre solve y pinv.

Ampliación respuesta

En wikipedia Moore–Penrose inverse - Inglés en la sección Software libraries se menciona que paquetes emplean esta técnica:

  • NumPy y SciPy de Python
  • LAPACK (aunque este tiene un desarrollo diferente del SVD-Singular value decomposition)
  • Octave también lo emplea a través de una función pinv
  • Y por supuesto R a través del paquete pragma::pinv y MASS::ginv este último lo he probado y también arroja los resultado expuestos.

Sólo hacer lo siguiente:

install.packages(MASS)
library(MASS)

# ----------------------------------------------------------------------
# dentro de la funcion "getMinVariancePortfolio"
# ----------------------------------------------------------------------
 O <- ginv(covMat)     # inverse of covariance matrix: Funcion de Mass
# ----------------------------------------------------------------------

# Se llama la función
getMinVariancePortfolio(mu,covMat,assetSymbols)

$Weights
         [,1]    [,2]     [,3]    [,4]    [,5]    [,6]    [,7]    [,8]    [,9]   [,10]   [,11]   [,12]
[1,] -0.12839 0.01941 -0.27081 0.09285 0.13149 0.12208 0.24466 0.16166 0.25637 0.06266 0.01619 0.34199
       [,13]    [,14]   [,15]    [,16]  [,17]   [,18]
[1,] 0.13703 -0.05763 0.00859 -0.37557 0.0433 0.19411

$ExpReturn
[1] 0.12518

$Risk
[1] 0.15789
8
  • Amplié la respuesta incluyendo lo correspondiente a Programas o Paquetes que usan la Pseudoinversa de Moore-Penrose. Fuente: Wikipedia Inglés Commented el 30 mar. 2019 a las 0:50
  • 1
    Hola @PatricioMoracho, realmente la pregunta es interesante, voy a tratar de enmarcarla con un ejemplo para lo que se preguntó. Se tiene 100 dólares y se le pregunta al modelo cuales acciones del portafolio generan menos volatilidad (variación) a efecto de invertir los USD 100 es decir la suma de los pesos (w) es 100% en el resultado se aprecia que existen -12,-27,-5,-37 dólares, es decir no debería invertir en esas acciones, no hay problema en ese sentido, pero si los resultados dicen que se debe invertir 200 o 500 dólares no tendría mucho sentido porque la restricción es de USD 100 Commented el 2 abr. 2019 a las 1:22
  • 1
    lo anterior tiene un respaldo, el modelo no tiene como restricción w>0 pero si tiene como restricción que las sumas de dichos pesos sean 1 y que cada peso no sea mayor a 1 (el vector unitario de 18 "unos") por tanto, cuando se trata de resolver el sistema con solve(covMat, tol=det(covMat)) el modelo me indica que debo comprar acciones con dinero que no se tiene (200 o 500 dólares). En esta pregunta han convergido: Modelo + Metodología de Aproximación + Interpretación de Resultados. Commented el 2 abr. 2019 a las 1:47
  • 1
    Adicionalmente quisiera acotar el svd que se emplea en LAPACK mencionado en wikipedia, si se tuviera una matriz a y se descompone y luego se reconstruye, si bien parece que queda igual, por los métodos de aproximación se podría comprobar lo siguiente... por ejemplo a<-matrix(1:9,nrow=3) se descompone Xa<-svd(a) se reconstruye d<-Xa$u%*%diag(Xa$d)%*%t(Xa$v) No necesariamente las celdas en a==d son iguales. Finalmente tomando este caso Finding a solution when the determinant is zero Commented el 2 abr. 2019 a las 1:56
  • 1
    los resultados obtenidos con k<-matrix(c(1,0,0,0,1,0,-1,0,0), nrow=3) MASS::ginv(k)%*%matrix(c(-5,-3,0),ncol=1) x=-2,5; y=-3; z=2.5 carecen de sentido, porque la determinate sí es cero (0) el sistema no cuenta con solución, por tanto, la Pseudoinversa de Moore-Penrose arrojará resultados que no podrán ser interpretados correctamente, esta situación es diferente con el Modelo de Markowitz porque dicho modelo contempla una frontera de eficiencia y una recta tangente a ella que permite encontrar una solución teórica a los 100 dólares que deben ser invertidos. Commented el 2 abr. 2019 a las 2:05

Tu Respuesta

By clicking “Publica tu respuesta”, you agree to our terms of service and acknowledge you have read our privacy policy.

¿No es la respuesta que buscas? Examina otras preguntas con la etiqueta o formula tu propia pregunta.