因子计算最佳实践

逐笔成交是交易所公布买卖双方具体成交的每一笔数据，每3秒发布一次，每次包含这3秒内的所有成交记录。每一笔成交撮合，都由买方和卖方的一笔具体委托组成。上述数据样例采用字段 BuyNo 和 SellNo 标注买卖双方的委托单号，其它关键字段分别为： SecurityID（标的物代码），TradeTime（成交时刻），TradePrice（成交价格），TradeQty（本笔成交量）和 TradeAmount（本笔成交金额）。

每个交易日的原始数据量在 8 GB 上下。根据上表的分区机制进行建库建表，点击查看对应脚本：逐笔成交数据建库建表完整代码。

股票交易所每3秒发布一次，每次涵盖这3秒结束时的日内累计成交量(TotalVolumeTrade)，日内累计成交金额(TotalValueTrade)，3秒终了时的盘口买卖双方挂单（买方为 Bid，卖方在有些数据源字段为 Offer，在有些数据源字段为 Ask，其余字段以此类推：BidPrice 为买方各档价格，OfferPrice 为卖方各档价格，OrderQty 为买卖双方各档的委托单总量， Orders 为买卖双方委托单数），3秒终了时的最近一笔成交价格（LastPx），全天开盘价（OpenPx），日内截止当下最高价（HighPx），日内截止当下最低价（LowPx）等各字段。其他和逐笔成交一致的字段不再赘述，涵义一致，详情可参见交易所数据说明字典。

每个交易日的原始数据量约在 10G 左右。

在 DolphinDB 2.0版本的 TSDB 存储引擎中，支持 array vector 的存储机制，即可以允许数据表中一个 cell 存储一个向量。在本白皮书的案例中，后面文章会详细介绍 array vector 存储方案和普通存储方案的区别。快照数据的买10档或卖10档在本例中作为一个 vector 存入单个 cell 中，其他各字段和普通快照数据表都相同。

两种存储模式的建库建表可以参考Snapshot普通及arrayVector形式建库和建表完整代码

快照数据的 array_vector 存储形式：

包含每只股票，每分钟的开盘价、最高价、最低价、收盘价，四个价格字段，同时记录本分钟的成交量和成交金额。另外，数据 K 线可以依据基本字段计算衍生字段，比如：k 线均价(vwap 价格)。k 线数据是由逐笔成交数据聚合产生，具体代码可以参考基于快照数据的分钟聚合。

日 K 数据，存储形式和字段跟分钟 k 线一致，可以由分钟 k 线或高频数据聚合产生，这里不作赘述。

日 K 数据，分钟数据的建库建表可以参考：k 线数据建库建表完整代码

面板数据(panel data)是以时间为索引，标的为列，指标作为内容的一种数据载体，它非常适用于以标的集合为单位的指标计算，将数据以面板作为载体，可以大大简化脚本的复杂度，通常最后的计算表达式可以从原始的数学公式中一对一的翻译过来。除此之外，可以充分利用DolphinDB矩阵计算的高效能。

在因子计算中，面板数据通常可以通过panel函数，或者exec搭配pivot by得到，具体样例如下表：每一行是一个时间点，每一列是一个股票。

                         000001     000002  000003  000004  ...
                        --------- ---------- ------- ------ ---
2020.01.02T09:29:00.000|3066.336 3212.982  257.523 2400.042 ...
2020.01.02T09:30:00.000|3070.247  3217.087 258.696 2402.221 ...
2020.01.02T09:31:00.000|3070.381 3217.170  259.066 2402.029 ...

在面板数据上，由于是以时间为索引，标的为列，因子可以方便地在截面上做各类运算。DolphinDB 包含 row 系列函数以及各类滑动窗口函数，在下面两个因子计算例子中，原本复杂的计算逻辑，在面板数据中，可以用一行代码轻松实现。

• Alpha 1 因子计算中，下例使用了rowRank 函数，可以在面板数据中的每一个时间截面对各标的进行排名；iif 条件运算，可以在标的向量层面直接筛选及计算；mimax 及 mstd 等滑动窗口函数也是在标的层面垂直计算的。因此，在面板计算中合理应用 DolphinDB 的内置函数，可以从不同维度进行计算。

//alpha 1 
//Alpha#001公式：rank(Ts_ArgMax(SignedPower((returns<0?stddev(returns,20):close), 2), 5))-0.5

@state
def alpha1TS(close){
	return mimax(pow(iif(ratios(close) - 1 < 0, mstd(ratios(close) - 1, 20),close), 2.0), 5)
}

def alpha1Panel(close){
	return rowRank(X=alpha1TS(close), percent=true) - 0.5
}

input = exec close from loadTable("dfs://k_minute","k_minute") where date(tradetime) between 2020.01.01 : 2020.01.31 pivot by tradetime, securityid
res = alpha1Panel(input)

• Alpha 98 因子计算中，同时使用了三个面板数据，分别是vwap, open和vol。不仅各矩阵内部运用了rowRank函数横向截面运算以及m系列垂直滑动窗口计算，矩阵之间也进行了二元运算。用一行代码解决了多维度的复杂的嵌套计算逻辑。

//alpha 98
//Alpha #98计算公式:
(rank(decay_linear(correlation(vwap, sum(adv5, 26.4719), 4.58418), 7.18088)) -
rank(decay_linear(Ts_Rank(Ts_ArgMin(correlation(rank(open), rank(adv15), 20.8187), 8.62571), 6.95668), 8.07206)))

def prepareDataForDDBPanel(raw_data, start_time, end_time){
	t = select tradetime,securityid, vwap,vol,open from raw_data where date(tradetime) between start_time : end_time
	return dict(`vwap`open`vol, panel(t.tradetime, t.securityid, [t.vwap, t.open, t.vol]))
}

@state
def alpha98Panel(vwap, open, vol){
	return rowRank(X = mavg(mcorr(vwap, msum(mavg(vol, 5), 26), 5), 1..7),percent=true) - rowRank(X=mavg(mrank(9 - mimin(mcorr(rowRank(X=open,percent=true), rowRank(X=mavg(vol, 15),percent=true), 21), 9), true, 7), 1..8),percent=true)
}

raw_data = loadTable("dfs://k_minute","k_day")
start_time = 2020.01.01
end_time = 2020.12.31
input = prepareDataForDDBPanel(raw_data, start_time, end_time)
timer alpha98DDBPanel = alpha98Panel(input.vwap, input.open, input.vol)

基于面板数据的因子计算，耗时主要在面板数据准备和因子计算两个阶段。在很多场景下，面板数据准备的耗时可能超过因子计算本身。为解决这个问题，DolphinDB的TSDB引擎提供了宽表存储，即把面板数据直接存储在数据库表中（面板中每一个列存储为表中的每一个列），这样通过SQL查询可以直接获取面板数据，而不需要通过转置行列来获取，从而大大缩短准备面板数据的时间。在本文的第5章中，我们有详细的宽表和竖表存储性能的对比。

DolphinDB在存储和计算框架上都是基于列式结构，表中的一个列可以直接作为一个向量化函数的输入参数。因此如果一个因子的计算逻辑只涉及股票自身的时间序列数据，不涉及多个股票横截面上的信息，可以直接在SQL中按股票分组，然后在select中调用因子函数计算每个股票在一段时间内的因子值。如果数据在数据库中本身是按股票分区存储的，那么可以非常高效地实现数据库内并行计算。

def sum_diff(x, y){
    return (x-y)\(x+y)
}

@state
def factorDoubleEMA(price){
    ema_2 = ema(price, 2)
    ema_4 = ema(price, 4)
    sum_diff_1000 = 1000 * sum_diff(ema_2, ema_4)
    return ema(sum_diff_1000, 2) - ema(sum_diff_1000, 3)
}

res = select tradetime, securityid, `doubleEMA as factorname, factorDoubleEMA(close) as val from loadTable("dfs://k_minute","k_minute") where  tradetime between 2020.01.01 : 2020.01.31 context by securityid

在上面的例子中，我们定义了一个因子函数 factorDoubleEMA，只需要用到股票的价格序列信息。我们在 SQL 中通过 context by 子句按股票代码分组，然后调用factorDoubleEMA函数，计算每个股票的因子序列。值得注意的是，context by 是 DolphinDB SQL 对 group by 的扩展，是 DolphinDB 特有的 SQL 语句。group by 只适用于聚合计算，也就是说输入长度为n，输出长度是1。context by 适用于向量计算，输入长度是n，输出长度也是n。另外因子函数 factorDOubleEMA 除了可以接受一个向量作为输入，也可以接受一个面板数据作为输入。这也是我们前面强调的，因子函数的粒度尽可能细，这样可以应用于很多场景。

时间序列的因子函数非常普遍，talib 中的所有技术分析指标都属于此类函数，因此都可以使用上述SQL方式或面板数据模式来调用。但是3.1中提到的 alpha1 和 alpha98 等因子，涉及到时间序列和横截面两个维度的计算，我们称之为截面因子，无法将因子逻辑封装在一个自定义函数中，然后在一个 SQL 语句中被调用。通常面对截面因子，我们建议将表作为自定义因子函数的入参，内部用 SQL 进行操作，函数最后返回一个表。

//alpha1
def alpha1SQL(t){
	res = select tradetime, securityid, mimax(pow(iif(ratios(close) - 1 < 0, mstd(ratios(close) - 1, 20), close), 2.0), 5) as val from t context by securityid
	return select tradetime, securityid, rank(val, percent=true) - 0.5 as val from res context by tradetime
}
input = select tradetime,securityid, close from loadTable("dfs://k_day_level","k_day") where tradetime between 2010.01.01 : 2010.12.31
alpha1DDBSql = alpha1SQL(input)

//alpha98
def alpha98SQL(mutable t){
	update t set adv5 = mavg(vol, 5), adv15 = mavg(vol, 15) context by securityid
	update t set rank_open = rank(X = open,percent=true), rank_adv15 =rank(X=adv15,percent=true) context by date(tradetime)
	update t set decay7 = mavg(mcorr(vwap, msum(adv5, 26), 5), 1..7), decay8 = mavg(mrank(9 - mimin(mcorr(rank_open, rank_adv15, 21), 9), true, 7), 1..8) context by securityid
	return select tradetime,securityid, `alpha98 as factorname, rank(X =decay7,percent=true)-rank(X =decay8,percent=true) as val from t context by date(tradetime)
}
input = select tradetime,securityid, vwap,vol,open from  loadTable("dfs://k_day_level","k_day") where tradetime between 2010.01.01 : 2010.12.31
alpha98DDBSql = alpha98SQL(input)

不同频率数据的因子，有着不同的特点。本章节将分别举例分钟频、日频、快照、逐笔数据的特点因子，阐述不同频率数据计算因子的最佳实践。

金融方面的原始数据和计算指标，在时间上通常有延续性的关系。以最简单的五周期移动均线 mavg(close,5) 为例，当新一个周期的数据传入模型时，可以将之前最远的第五周期值从 sum 中减出，再把最新一个周期的值加入 sum ，这样就不必每个周期只更新一个值时都重算一遍 sum 。这种增量计算是流计算的核心，可以大大降低实时计算的延时。DolphinDB内置了大量量化金融中需要用到的基本算子，并为这些算子实现了高效的增量算法。不仅如此，DolphinDB还支持自定义函数的增量实现。在前一章节中，部分自定义的因子函数加了修饰符 @state ，表示该函数支持增量计算。

前一节我们介绍了因子计算的批流一体实现方案，简单地说，就是一套代码（自定义的因子函数），两种引擎（批计算引擎和流计算引擎）。事实上，DolphinDB提供一种更为简洁的批流一体实现方案，那就是在历史数据建模时，通过数据回放，也用流引擎来实现计算。

在SQL语句方式批处理计算factorDoubleEMA因子的例子中，这里介绍如何使用流计算的方式回放数据，计算 factorDoubleEMA 的因子值。全部代码参考流计算factorDoubleEMA因子

//创建流引擎，并传入因子算法factorDoubleEMA
factors = <[TradeTime, factorDoubleEMA(close)]>
demoEngine = createReactiveStateEngine(name=engineName, metrics=factors, dummyTable=inputDummyTable, outputTable=resultTable, keyColumn="SecurityID")
	
//demo_engine订阅snapshotStreamTable流数据表
subscribeTable(tableName=snapshotSharedTableName, actionName=actionName, handler=append!{demoEngine}, msgAsTable=true)

//创建播放数据源供replay函数历史回放；盘中的时候，改为行情数据直接写入snapshotStreamTable流数据表
inputDS = replayDS(<select SecurityID, TradeTime, LastPx from tableHandle where date(TradeTime)<2020.07.01>, `TradeTime, `TradeTime)

DolphinDB 本身具有多种常用编程语言的API，包括C++, java, javascript, c#, python, go等。使用这些语言的程序，都可以调用该语言的 DolphinDB 接口，订阅到 DolphinDB 服务器的流数据。本例提供一个简单的python接口订阅流数据样例。

DolphinDB-Python API订阅流数据例子：

current_ddb_session.subscribe(host=DDB_datanode_host,tableName=stream_table_shared_name,actionName=action_name,offset=0,resub=False,filter=None,port=DDB_server_port,
handler=python_callback_handler,#此处传入python端要接收消息的回调函数
)

在金融生产环境中，更常见的情况，是流数据实时的灌注到消息队列中，供下游的其他模块消费。DolphinDB 也支持将实时计算结果推送到消息中间件，与交易程序对接。示例中提供的样例，使用 DolphinDB 的开源 ZMQ 插件，将实时计算的结果推送到 ZMQ 消息队列，供下游ZMQ协议的订阅程序消费(交易或展示)。除ZMQ之外，其他支持的工具都在 DolphinDB 插件库中提供。所有已有的 DolphinDB 插件都是开源的，插件的编写组件也是开源的，用户也可按自己的需要编写。

DolphinDB向ZMQ消息队列推送流数据代码样例：

1. 启动下游的ZMQ数据消费程序，作为监听端(ZeroMQ消息队列的服务端)，完整代码见向ZMQ推送流数据

   zmq_context = Context()
   zmq_bingding_socket = zmq_context.socket(SUB)#见完整版代码设定socket选项
   zmq_bingding_socket.bind("tcp://*:55556")		
   async def loop_runner():    
       while True:
           msg=await zmq_bingding_socket.recv()#阻塞循环until收到流数据
           print(msg)#在此编写下游消息处理代码	
   asyncio.run(loop_runner())

2. 启动因子数据的流处理计算和发布

   在外部消费ZMQ消息的程序启动后，DolphinDB端要启动流计算，并开始对外发布计算结果。以下是DolphinDB端的代码。输出结果表之前的所有代码部分，和流处理计算doubleEma因子例子的一致，故下例代码中不再赘述。

   resultSchema=table(1:0,["SecurityID","TradeTime","factor"], [SYMBOL,TIMESTAMP,DOUBLE])//输出到消息队列的表结构
   
   def zmqPusherTable(zmqSubscriberAddress,schemaTable){
   	SignalSender=def (x) {return x}
   	pushingSocket = zmq::socket("ZMQ_PUB", SignalSender)
   	zmq::connect(pushingSocket, zmqSubscriberAddress)
   	pusher = zmq::createPusher(pushingSocket, schemaTable)
   	return pusher
   }
   
   zmqSubscriberAddress="tcp://192.168.1.195:55556"//引擎demoEngine向zmq队列推送，使用时根据不同的zmq地址修改此字符串
   
   pusherTable=zmqPusherTable(zmqSubscriberAddress,resultSchema)//生成一个逻辑表向上述地址发送zmq包，字段结构参照resultSchema
   
   demoEngine = createReactiveStateEngine(name="reactiveDemo", metrics=<[TradeTime,doubleEma(LastPx)]>, dummyTable=snapshotSchema, outputTable=pusherTable, keyColumn="SecurityID",keepOrder=true)//创建流引擎，output指定输出到pusher表

我们以存储5个因子一年的分钟级数据来进行测试，比对这三种存储模式在数据大小、实际使用的存储空间、写入速度等方面的优劣。

从比对结果来看，宽表 TSDB 模式的写入速度是纵表 OLAP 的4倍，纵表 TSDB 的5倍，存储空间上 OLAP 纵表和 TSDB 纵表相近，TSDB 宽表略小于前二者，压缩比上纵表 TSDB 最优，纵表 OLAP 次之，宽表 TSDB 最差。原因如下：

• 实际产生的数据字节上，纵表模式是宽表模式的三倍，决定了宽表 TSDB 的的写入速度最优，磁盘使用空间最优，同时宽表 TSDB 模式的压缩比也会相对差一些。
• 模拟数据随机性很多大，也影响了 TSDB 引擎宽表的数据压缩。
• TSDB 引擎会进行数据排序，生成索引，所以同样是纵表，TSDB 引擎在存储空间、存储速度、压缩比方面都要略逊于 OLAP 引擎。

具体存储脚本参考因子数据存储模拟脚本。

下面我们模拟大数据量来进行查询测试，模拟4000支股票，200个因子，一年的分钟级数据，详细数据信息及分区信息见下面表格：

下面我们通过多个角度的查询测试来比对这三种存储方式的查询性能。因子查询测试脚本

• 查询1个因子1只股票指定时间点数据

  横纵方式	数据引擎	查询行数	字节数	耗时(ms)
  纵表	OLAP	1	24	1100
  纵表	TSDB	1	24	6
  宽表	TSDB	1	20	2

  在点查询上 TSDB 引擎优势明显，而宽表 TSDB 因为数据行数少，速度上还要快于纵表 TSDB 模式。

• 查询1个因子1只股票一年分钟级数据

  横纵方式	数据引擎	数据大小(MB)	耗时(s)
  纵表	OLAP	1.5	0.9
  纵表	TSDB	1.5	0.03
  宽表	TSDB	1.2	0.02

  查询单因子单股票一年的分钟级数据宽表 TSDB 引擎速度最快，这是因为 TSDB 引擎分区较大，读取的文件少，且数据有排序，而 OLAP 引擎本身数据分区较小，需要扫描的行数又同样不少，所以速度最慢。

• 查询1个因子全市场股票一年分钟级数据

  横纵方式	数据引擎	数据大小(GB)	耗时(s)
  纵表	OLAP	5.7	8.9
  纵表	TSDB	5.7	12.4
  宽表	TSDB	1.9	3.8

  宽表 TSDB 读取速度最快，读取的总数据量比较大时，这几种模式都会读取很多完整分区，而宽表 TSDB 模式因为实际数据比较小，所以速度上是纵表 OLAP 的一半，是纵表 TSDB 的三分之一左右。

• 查询3个因子全市场股票一年分钟级数据

  横纵方式	数据引擎	数据大小(GB)	耗时(s)
  纵表	OLAP	17.0	17.7
  纵表	TSDB	17.0	25.9
  宽表	TSDB	5.7	10.7

  更大数据量的数据读取，查询耗时线性增长，同样原因，宽表 TSDB 读取速度仍然最快。

• 查询1只股票全部因子一年的分钟级数据

  宽表在进行该查询时，查询 SQL 应只选择需要股票代码列，SQL 如下：

  //纵表查询sql, 查询全部字段，使用通配符*
  tsdb_symbol_all=select  * from tsdb_min_factor where symbol=`sz000056 
  
  //宽表查询sql,只检索部分字段，详细列出
  select mtime,factorname,sz000001 from tsdb_wide_min_factor
  

  横纵方式	数据引擎	数据大小(MB)	耗时
  纵表	OLAP	312	7min58s
  纵表	TSDB	312	1.5s
  宽表	TSDB	260	0.5s

以上结果可以看到，宽表 TSDB 引擎和纵表 TSDB 都可以很快的查出数据，而纵表模式 OLAP 则需要百倍以上的时间才能查询出数据。这是因为纵表模式 OLAP 的分区字段是时间和因子，这种情况下查询某只股票所有的因子需要扫描全部分区的全部列才能取出所需的数据；而宽表 TSDB 引擎只需要取三列数据，所以可以很快查出数据。对比纵表 TSDB 和 OLAP 引擎的耗时，可以发现纵表 TSDB 查询速度也比较快，这是因为 TSDB 引擎按股票代码维护了索引，以实现快速检索。

综上所述，因子的存储需根据用户的查询习惯去做规划。根据上述性能对比，本节涉及的查询推荐使用宽表 TSDB 的方式存储因子。

对于不同的存储模式，可通过以下 DolphinDB 脚本在线生成面板数据。

• 生成1个因子全市场股票一年分钟级面板数据

  //纵表模式取面板数据sql
  olap_factor_year_pivot_1=select val from olap_min_factor where factorcode=`f0002 pivot by tradetime,symbol 
  //宽表模式取面板数据sql
  wide_tsdb_factor_year=select * from tsdb_wide_min_factor where factorname =`f0001

  横纵方式	数据引擎	数据大小(GB)	耗时(s)
  纵表	OLAP	1.9	41.2
  纵表	TSDB	1.9	32.9
  宽表	TSDB	1.9	3.3

  宽表 TSDB 模式查询面板数据时的速度是纵表 OLAP 和纵表 TSDB 的10倍以上，这是因为宽表 TSDB 的数据本身就以类似面板数据的方式存储，不需要再转换为面板数据，而纵表模式无论 OLAP 引擎还是 TSDB 引擎查询出数据后还要使用 pivot by 进行列转行操作，这个命令要进行数据比对去重、排序等操作，所以耗时较大，数据量过大时，该部分耗时将成为一笔巨大的开销，其性能也将大幅落后于宽表 TSDB 模式。

• 生成3个因子全市场股票一年分钟级面板数据

  //纵表模式取面板数据sql
  olap_factor_year_pivot=select val from olap_min_factor where factorcode in ('f0001','f0002','f0003') pivot by tradetime,symbol ,factorcode
  //宽表模式取面板数据sql
  wide_tsdb_factor_year=select * from tsdb_wide_min_factor where factorname in ('f0001','f0002','f0003')

  横纵方式	数据引擎	数据大小(GB)	耗时(s)
  纵表	OLAP	5.7	10分钟以上 中止
  纵表	TSDB	5.7	10分钟以上 中止
  宽表	TSDB	5.7	9.5

宽表 TSDB 引擎具有最佳的查询性能，随着数据量上升，纵表数据列转行操作要额外增加 piovt by 的列，从而增加更多的去重、排序操作，导致生成面板数据的耗时进一步增加。

使用宽表 TSDB 模式存储在以下方面均有明显优势：

• 存储空间：虽然宽表 TSDB 在压缩比上相对逊色，但是由于宽表模式本书数据字节只有纵表模式的三分之一，所以在磁盘空间上宽表 TSDB 模式使用最小；
• 存储速度：宽表 TSDB 模式的在写入相同有效数据的情况下写入速度是纵表 OLAP 的4倍，纵表 TSDB 的5倍；
• 直接检索数据： 宽表 TSDB 模式在不同场景的查询速度至少是纵表 OLAP 和纵表 TSDB 的1.5倍，甚至可能达到100倍以上；
• 以面板模式检索数据：宽表 TSDB 模式的查询速度是纵表 OLAP 和纵表 TSDB 的至少10倍以上；
• 在以非分区维度检索数据：例如，按因子分区的按股票检索数据，此场景宽表 TSDB 模式查询速度是纵表 OLAP 和纵表 TSDB 的300倍和500倍。

综上，如果一定时期内股票和因子数量固定，因子存储的最佳选择方式为 TSDB 宽表的模式进行存储，用户可以根据实际场景的查询需求，来选择生成以股票名或因子名做为列的宽表。

因子的建模和计算等，一旦从图表上分析出有方向性的结论，就要做成策略。按照确定的因子信号来设计出来的一套买卖条件，就是所谓的投资策略。把一套投资策略代入到历史数据当中，计算按照这样的策略条件去做交易是否长期有利可图的过程就是回测。

事件驱动型回测主要用来分析少量标的，中高频的交易策略。在按因子配置投资组合的策略类型中不是核心或重点，这里不做详细阐述。

本章主要介绍的案例是向量化的因子回测。

首先，在k线数据上，实现了一个按多日股票收益率连乘打分的因子。之后根据分值排序高低分配标的持仓权重。

得到分配持仓权重后，再与持仓股票的日收益率做矩阵乘法，最后按天相加，可得整个投资组合的回报率变化曲线。

完整实例代码参考：向量化因子回测完整代码

在之前的章节中，存储因子的库表可以是多值模型，也可以是单值模型。在求因子间相关性时，推荐利用 array vector 将同一股票同一时间的多个因子放在一个列中，这样可以避免枚举多个列名。下面以单值模型为例，演示如何有效地先在股票内求因子间相关性，然后根据股票个数求均值。

• 单值模型计算因子间自相关性矩阵

  其原理是先将当天的因子根据时间和标的，转换成 array vector ，再对生成的小内存表进行计算求值。

  day_data = select toArray(val) as factor_value from loadTable("dfs://MIN_FACTOR_OLAP_VERTICAL","min_factor") where date(tradetime) = 2020.01.03 group by tradetime, securityid
  result = select toArray(matrix(factor_value).corrMatrix()) as corr from day_data group by securityid
  corrMatrix = result.corr.matrix().avg().reshape(size(distinct(day_data.factorname)):size(distinct(day_data.factorname)))

在大部分场景中，多因子投资模型的搭建可分为：1，简单加权法；2，回归法；两种方式均可以在 DolphinDB 中实现。

• 简单加权法

  对不同的因子不同的权重，计算出所有因子预测的各只股票的预期回报率的加权平均值，然后选择预期回报率最高的股票。这类方法比较简单，故不在本小节赘述。

• 回归法

  在DolphinDB中，有很多相关的内置函数。细节使用请参考文档：DolphinDB教程：机器学习

  其中对于线性回归内置了多种模型，包括普通最小二乘法回归（OLS Regression），脊回归（Ridge Regression），广义线性模型（Generalized Linear Model）等。 目前，普通最小二乘法回归 olsEx，脊回归 ridge 中的 'cholesky' 算法，广义线性模型 glm 都支持分布式并行计算。

  其他回归模型，DolphinDB 支持 Lasso 回归，ElasticNet 回归，随机森林回归，AdaBoost 回归等。其中，AdaBoost 回归 adaBoostRegressor ， randomForestRegressor 支持分布式并行计算。

因子的开发往往涉及到QUANT团队和IT团队。QUANT团队主要负责因子开发和维护因子逻辑代码。IT团队负责因子计算框架的开发和运维。因此要把计算框架的代码和因子本身的逻辑代码做到有效的分离，降低耦合，并且可以支持因子开发团队单独提交因子逻辑代码，计算框架能够自动更新并进行因子重算等任务。本节我们主要讨论因子逻辑代码管理，计算框架和运维请参考7.3和7.6。

我们推荐用户使用自定义函数来封装核心的因子逻辑，每个因子对应一个自定义函数。DolphinDB对自定义函数的管理提供了两种方法，函数视图（Function View）和模块（Module）。函数视图的优点包括：（1）集中管理，添加到集群后，所有节点都可以使用；（2）支持权限管理。函数视图的主要缺点是无法进行模块化管理，当数量增加时，运维难度增加。模块的优缺点正好同函数视图相反。模块可以将大量函数按目录树结构组织在不同模块中。既可以在系统初始化时预加载，也可以在需要使用的时候使用use语句，引入这个模块。但是模块必须复制到每个需要使用的节点才可以使用，另外无法对模块中的函数进行权限管理。后续版本会统一函数视图和模块的优点。

遇到因子代码重构、计算框架调整、数据库升级等情况，必须对最基本的因子逻辑进行正确性测试。DolphinDB内置了单元测试框架，可用于自动化测试。

这个单元测试框架主要包含了以下内容：

• test函数，可以测试一个单元测试文件或一个目录下的所有单元测试文件。
• @testing宏，用于描述一个测试case。
• assert语句，判断结果是否符合预期。
• eqObj等函数，用于测试结果是否符合预期。

下面通过对因子函数factorDoubleEMA的测试来展示单元测试的撰写。全部代码请点击脚本。下面的代码展示了三个测试cases，两个用于批处理，一个用于流计算处理。

@testing: case = "factorDoubleEMA_without_null"
re = factorDoubleEMA(0.1 0.1 0.2 0.2 0.15 0.3 0.2 0.5 0.1 0.2)
assert 1, eqObj(re, NULL NULL NULL NULL NULL 5.788743 -7.291889 7.031123 -24.039933 -16.766359, 6)

@testing: case = "factorDoubleEMA_with_null"
re = factorDoubleEMA(NULL 0.1 0.2 0.2 0.15 NULL 0.2 0.5 0.1 0.2)
assert 1, eqObj(re, NULL NULL NULL NULL NULL NULL 63.641310 60.256608  8.156385 -0.134531, 6)

@testing: case = "factorDoubleEMA_streaming"
try{dropStreamEngine("factorDoubleEMA")}catch(ex){}
input = table(take(1, 10) as id, 0.1 0.1 0.2 0.2 0.15 0.3 0.2 0.5 0.1 0.2 as price)
out = table(10:0, `id`price, [INT,DOUBLE])
rse = createReactiveStateEngine(name="factorDoubleEMA", metrics=<factorDoubleEMA(price)>, dummyTable=input, outputTable=out, keyColumn='id')
rse.append!(input)
assert 1, eqObj(out.price, NULL NULL NULL NULL NULL 5.788743 -7.291889 7.031123 -24.039933 -16.766359, 6)

到现在为止，我们讨论的都是因子的核心逻辑实现，尚未涉及通过并行计算或分布式计算来加快计算速度的问题。在因子计算的工程实践中，可以通过并行来加速的维度包括：证券（股票），因子和时间。在DolphinDB中，实现并行（或分布式）计算的技术路径有以下4个途径。

• 通过SQL语句来实现隐式的并行计算。当SQL语句作用于一个分布式表时，引擎会尽可能下推计算到各个分区执行。
• 创建多个数据源（data source），然后使用mr函数（map reduce）来实现并行计算。
• 用户通过submitJob或submitJobEx提交多个任务。
• 用peach或ploop实现并行。

我们不建议在因子计算中采用peach或ploop的方式来实现并行。DolphinDB中可用于计算的线程分为两类，分别称之为worker和executor。一般worker用于接受一个任务（job），并将任务分解成多个子任务（task）在本地的executor或远程的worker上执行。一般executor执行的都是本地的耗时比较短的子任务，也就是说在executor上执行的任务一般不会再分解出子任务。peach或ploop将所有的子任务都在本地的exeuctor执行。如果子任务本身再分解出子任务（譬如子任务是一个分布式SQL Query），将严重影响整个系统的吞吐量。

下面我们讨论前三种方法在因子的并行计算中的应用。

内存管理一直是运维人员和研究人员关注的重中之重，本节将从批和流两个角度简单介绍如何在DolphinDB中高效地使用内存。更多有关内存管理的详细内容，请参阅DolphinDB内存管理教程。

在配置 DolphinDB 环境时，计算和事务的内存占用可在单节点的 ”dolphindb.cfg” 或集群的 cluster.cfg 中，通过参数”maxMemSize“配置单节点最大可用内存。

• 批处理的内存管理

  如sql模式的例子，若对半年的快照数据做操作，批处理方式的中间变量占用内存达到21GB，如果设置的内存小于21GB，则会报Out of Memory错误。这种情况下可以将作业拆分后再提交。

  在调试大任务量的计算完成后，可通过 undef 函数将变量赋值为 NULL，或者关闭 session 来及时释放变量的内存。

• 流计算的内存管理

  如数据回放的例子，代码中对中间流表调用了函数 enableTableShareAndPersistence 以持久化，指定缓存开始为80万行。当流表数据量超过80万行时，旧的数据会持久化到磁盘上，以空出内存里的空间供新数据写入，这样该流表就可以连续处理远远超过80万行的数据。

因子数据是非常重要的数据，一般来说，用户并不能随意访问所有因子，因此需要对因子数据做好权限管理。DolphinDB database 提供了强大、灵活、安全的权限控制系统，可以满足因子库表级，函数视图级的管理。更多有关权限管理的详细内容，请参考权限管理教程。

在实际的生产中通常使用以下三种管理方式：

• 研发人员是管理员，完全掌握数据库

  这种情况可以授予研发组 DB_OWNER 的权限(创建数据库并管理其创建的数据库的权限)，使其可以自行创建数据库、表，并对自己创建的数据、表进行权限管理。

  login("admin", "123456");
  createUser("user1", "passwd1")
  grant("user1", DB_OWNER)

• 运维人员管理数据库，研发人员只有库表的读写权限

  这种情况，数据库管理人员可以将数据表的权限授予给因子研发人员，或者创建一个group组，将权限授予这个组，再将需要权限的人员添加到这个组中统一进行管理。

  //以用户的方式进行授权
  createUser("user1", "passwd1")
  grant("user1", TABLE_READ, "dfs://db1/pt1")
  
  //以group的方式进行授权
  createGroup("group1name", "user1")
  grant("group1name", TABLE_READ, "dfs://db1/pt1")

• 研发人员只可读部分而非全库表数据权限

  DolphinDB 本身并不直接支持表内数据级的权限控制，但是通过DolphinDB本身灵活的权限控制，我们可以通过其他方式来实现表内数据级的权限控制。

  这里我们可以通过对用户授予functionview 权限 VIEW_EXEC 这种方式来实现表内数据级的权限控制。

  完整代码参考：因子表权限控制。通过这份代码，用户"u1"虽然没有表的读权限，但是可以获得表内factor1因子的数据。

  //创建用户u1,我们想授予u1 只能读取因子factor1的权限
  createUser("u1", "111111")
  //定义只取因子的函数
  def getFactor1Table(){
      t=select * from loadTable("dfs://db1","factor") where factor_name="factor1";
      return t;
  }
  //将函数保存到系统中
  addFunctionView(getFactor1Table)
  //将该函数权限授予用户u1
  grant("u1", VIEW_EXEC, "getFactor1Table");
  //注意新授予的权限，用户需要重新登录才能加载
  
  factor1_tab=getFactor1Table()

因子计算的任务通常分为全量计算所有因子任务、交互式单因子重算任务、所有因子增量计算任务这三种，本章会对每一种因子计算任务进行详细介绍。

因子任务可以通过以下三种方式执行:

1. 通过交互的方式执行。
2. 通过 submitJob提交一个Job来执行。
3. 通过 scheduleJob 提交一个定时任务来进行周期性的执行。

日频的数据，一般是由逐笔数据或者其他高频数据聚合而成。日频的数据量不大，在日频数据上经常会计算一些动量因子，或者一些复杂的需要观察长期数据的因子。因此在分区考虑上，建议按年分区即可。在因子计算上，日频因子通常会涉及时间和股票多个维度，因此建议用面板模式计算。当然也可以根据不同存储模式，选择不同的计算模式。

在日频因子全流程代码汇总中，模拟了 10 年 4000 只股票的数据，总数据量压缩前大约为 1 GB。代码中会展现上述教程中所涉及日频因子的最佳实践，因子包括 Alpha 1、Alpha 98 ，以及不同计算方式（面板或者SQL模式）写入单值模型、多值模型的最佳实践。

分钟频的数据，一般是从逐笔数据或快照数据合成而来。分钟频的数据相比日频的数据较大，在分区设计上建议按月VALUE分区，股票HASH的组合分区。在分钟频的数据上，一般会计算日内的收益率等因子。对于这类因子，建议使用SQL的方式以字段作为参数。很多时候，会将投研的因子，在每日收盘之后，增量做所有因子的计算，此时，也需要对于每日增量的因子做工程化管理。建议将所有此类因子用维度表做一个维护，用定时作业将这些因子批量做计算。

在分钟频因子全流程代码汇总中，模拟了一年4000只股票的数据，总数据量压缩前大约20GB。其中，会展现上述教程中所有涉及分钟频率的因子的最佳实践，因子包括日内收益偏度因子，factorDoubleEMA等因子，，后续将因子写入单值模型、多值模型的全过程，以及每日增量计算所有因子的工程化最佳实践。

快照数据，一般指3s一条的多档数据。在实际生产中，往往会根据这样的数据产生实时的因子，或根据多档报价、成交量计算，或根据重要字段做计算。这一类因子，推荐使用字段名作为自定义函数的参数。除此之外，由于快照数据的多档的特殊性，普通存储会占用很大的空间，故在存储模式上，我们也推荐将多档数据存为ArrayVector的形式。如此一来，既能节省磁盘空间，又能使代码简洁，省去选取多个重复字段的困扰。

在快照因子全流程代码汇总中，模拟数据生成了20天快照数据，并将其存储为了普通快照数据和ArrayVector快照数据两种。代码中也展示了对于有状态因子flow和无状态因子权重偏度的在流批一体中的最佳实践。

逐笔成交数据，是交易所提供的最详细的每一笔撮合成交数据。每3秒发布一次，每次提供这3秒内的所有撮合记录。涉及逐笔成交数据的因子都是高频因子，推荐调试建模阶段可以在小数据量上使用批处理计算。一旦模型定型，就可以用批处理中同样的计算代码，迁移到流计算中实时处理(这就是所谓的批流一体)，比批处理方式节省内存，同时实时性也更高，模型迭代也更快。

在逐笔因子全流程代码汇总中，会展现上述教程中所有涉及逐笔成交数据的因子计算、流计算。