Zインデックス手法によるペアトレードの最適化 2024年04月30日 – Posted in: Arbitrage Software, Forex trading – Tags: pair trading, pairs trading, statistical arbitrage, z-score
はじめに
ペアトレードは、統計分析によって特定された予測可能な価格パターンや非効率性を利用しようとする金融戦略です。基本的な考え方は、過去に相関してきた2つの銘柄の相対価格の平均回帰から利益を得ることです。簡単に言えば、ペアトレード・ソフトウェアは、過去の標準から乖離したこれらの銘柄間の価格関係が、いずれ平均的な状態に戻ることに賭けるものです。
この戦略では、多くの場合、複雑な数学モデルを使って数百から数千の銘柄の中からこうした価格の異常を見つけ出し、短時間しか存在しないわずかな価格差を利用するために高頻度取引を執行します。
市場戦略を探る:統計的アービトラージとペアトレードの違い
統計的アービトラージとペアトレードは、どちらも市場の価格の非効率性を利用しようとする戦略です。しかし、その対象範囲、手法、狙う機会の性質が異なります。それぞれを詳しく見ていきましょう。
統計的アービトラージ
概念:統計的アービトラージ(スタットアーブ)は、定量モデルに基づいて慎重に選ばれた100以上の株式からなるポートフォリオを対象とします。この戦略は通常、複雑な数学的アルゴリズムと高速なコンピュータープログラムを用いて、数百から数千の銘柄にわたる価格差を検出し、それに基づいて取引します。
手法:平均回帰、共和分、主成分分析などの高度な統計的・計量経済学的手法を利用します。このアプローチは高度に自動化されていることが多く、取引ポートフォリオ内での短期的な平均回帰に依存しています。
対象範囲:統計的アービトラージは幅広い資産を対象とすることができ、株式に限らず、先物、オプション、その他のデリバティブも含まれます。この戦略では通常、価格変動を予測するための複雑な計算とモデルが用いられます。
目的:市場環境にかかわらずプラスのリターンをもたらすリスク中立的な戦略を実現することが目標です。多くの場合、多数の取引を行い、1取引あたりの利幅はごくわずかですが、それを時間をかけて積み重ねることで大きなリターンを目指します。統計的アービトラージについて詳しく見る
ペアトレード
概念:ペアトレードは統計的アービトラージの一種ですが、よりシンプルなアプローチです。通常は同じ業種に属する、密接に関連した2つの株式だけを対象とします。この戦略は2つの株式の過去の関係に基づいており、その関係が乖離したときに、平均に回帰することを見込んで取引を行います。
手法:この戦略では通常、相関や共和分といったシンプルな統計手法を用いて、価格が連動して動く株式のペアを特定します。株式間のスプレッドが標準偏差を超えて拡大すると、取引機会のシグナルとなります。
対象範囲:ペアトレードは統計的アービトラージに比べて対象が絞られており、分散の度合いは低くなります。通常は2つの株式だけを扱うため、管理しやすく、計算の負荷も小さくなります。
目的:2つの株式の価格の収束から利益を得ることが目的です。2つの株式の価格がいずれ過去の平均に回帰すると想定し、割安な株式のロングポジションと割高な株式のショートポジションから利益を得ます。
主な違い
- 複雑さ:統計的アービトラージはより複雑で、幅広い銘柄の価格変動の差を分析するために高度な統計モデルを用います。ペアトレードは2つの株式だけに焦点を当て、通常はよりシンプルな統計指標を使用します。
- リスクとリターン:統計的アービトラージはマーケット・ニュートラルを目指すため、リスクは低いことが多いものの、多数の資産を扱うため、より多くの資金が必要です。ペアトレードは、2つの株式の関係が崩れた場合のリスクが高くなりますが、必要な資金は少なくて済みます。
- 取引の速度と頻度:統計的アービトラージは、狙うアービトラージの機会が短時間しか存在しないため、高頻度取引を伴うことが多くなります。ペアトレードは、平均からの乖離の頻度に応じて、より長い期間にわたって少ない取引回数で行われる場合があります。
要するに、どちらの戦略も銘柄の価格の非効率性を利用することを目指していますが、統計的アービトラージはより広範かつ複雑で、多数の資産と高速取引を伴います。これに対し、ペアトレードは2つの株式の関係だけに焦点を当てます。
一般的に、ペアトレードには次の重要な概念が関わります:
ペアトレード
これは最も一般的な形のペアトレードで、相関の高い2つの株式をペアにします。価格の推移が乖離したとき、将来価格の推移が収束すると想定して、パフォーマンスの劣る株式を買い(ロングポジション)、パフォーマンスの優れた株式を売ります(ショートポジション)。
平均回帰
この原理は、高値や安値は一時的なものであり、価格は時間とともに平均価格に向かう傾向があるというものです。ペアトレードを行うトレーダーは、過去の価格パターンと比べて一時的に誤った価格が付いている銘柄を探し、それが平均に戻ることに賭けます。
共和分
ペアトレードでは、相関だけに頼るのではなく、共和分も用います。共和分とは時系列変数の統計的性質で、2つ以上の系列が非定常であっても、その線形結合が定常になり得るというものです。これにより、短期的な乖離があっても、長期的には銘柄が連動して動くことを確認しやすくなります。
高度なアルゴリズム
これらは、過去のデータを素早く分析して価格変動を予測し、自動的に取引を執行するために使われます。処理するデータの速度と量には相当な計算資源と高度なアルゴリズムが必要となるため、ペアトレードは資金と技術を多く要する戦略となっています。
複雑な計算と執行に求められる速度のため、ペアトレードは一般にヘッジファンドや機関投資家のトレーダーによって用いられます。ヘッジされたポジションを伴うことが多く、大きな利益ではなく安定した小さな利益を目指すため、比較的低リスクな戦略とされています。ただし、その成否は、堅牢なモデル、正確なデータ、効率的な執行にかかっています。
ペアトレードの中心的な課題:相関の特定と乖離の活用
成功するペアトレード戦略を構築するには、2つの重要な課題に取り組む必要があります。1つ目の課題は、過去に相関、または逆相関を示してきた銘柄を特定することです。この基礎的なステップにより、選んだ銘柄が時間の経過とともに連動して、または反対方向に動く傾向を示してきたことが確認でき、取引判断の土台となる予測可能な枠組みが得られます。
2つ目の課題は、相関または逆相関するこれらの銘柄が乖離し始める正確なタイミングを見極めることです。通常の価格関係が一時的にずれていることを示すこのシグナルは、最終的に過去の平均的な挙動へと回帰することを利用した取引を執行するうえで極めて重要です。この2つの課題にうまく対処することで、トレーダーはペアトレードの可能性を効果的に活かし、市場の一時的な非効率性を戦略的に利用して利益につなげることができます。
金融市場における相関と逆相関のダイナミクスを探る
過去の相関と過去の逆相関は、ペアトレードとその戦略に特に関係する重要な金融の概念です。これらの概念を理解することは、銘柄間の関係を特定し、過去の挙動に基づいて将来の動きを予測するうえで欠かせません。
過去の相関
過去の相関とは、同じ方向に動く傾向のある2つ以上の銘柄やデータセットの間の統計的な関係を指します。これは-1から+1の範囲の相関係数で数値化されます。相関係数が+1に近い場合、銘柄間に強い正の相関があること、つまり似た状況のもとで通常同じ方向に動くことを示します。これは、同じ市場要因の影響を受けていることや、同じ業種に属している、同じ経済要因に敏感であるといった共通の特徴によるものかもしれません。
たとえば、AppleとMicrosoftという2つのテクノロジー株は、似た経済状況、技術の進歩、市場心理の影響を受けるため、高い相関を示すことがあります。
表1 – 株式の相関マトリクス
| American Airlines | Alcoa corp | Apple Inc | Best Buy Co | Citi Group | Sentinel One | CVS | Chevron | Home Depo | IBM | |
| American Airlines | -0.42 | 0.14 | 0.23 | 0.05 | 0.5 | 0.46 | 0.03 | 0.54 | 0.42 | |
| Alcoa corp | -0.42 | -0.63 | 0.61 | 0.76 | -0.8 | -0.33 | 0.67 | -0.21 | 0.27 | |
| Apple Inc | 0.14 | -0.63 | -0.75 | -0.82 | 0.6 | -0.03 | -0.72 | -0.36 | -0.61 | |
| Best Buy Co | 0.23 | 0.61 | -0.75 | 0.9 | -0.5 | 0.17 | 0.77 | 0.51 | 0.65 | |
| Citi Group | 0.05 | 0.76 | -0.82 | 0.9 | -0.63 | 0.15 | 0.84 | 0.37 | 0.66 | |
| Sentinel One | 0.5 | -0.8 | 0.6 | -0.5 | -0.63 | 0.17 | -0.5 | 0.06 | -0.05 | |
| CVS | 0.46 | -0.33 | -0.03 | 0.17 | 0.15 | 0.17 | 0.01 | 0.71 | 0.19 | |
| Chevron | 0.03 | 0.67 | -0.72 | 0.77 | 0.84 | -0.5 | 0.01 | 0.16 | 0.59 | |
| Home Depo | 0.54 | -0.21 | -0.36 | 0.51 | 0.37 | 0.06 | 0.71 | 0.16 | 0.56 | |
| IBM | 0.42 | 0.27 | -0.61 | 0.65 | 0.66 | -0.05 | 0.19 | 0.59 | 0.56 |
表2 – 暗号資産の相関マトリクス
| BTC | ETH | ADA | LTC | XRP | |
| BTC | 0.79 | 0.52 | 0.81 | 0.51 | |
| ETH | 0.79 | 0.58 | 0.81 | 0.56 | |
| ADA | 0.52 | 0.58 | 0.57 | 0.46 | |
| LTC | 0.81 | 0.81 | 0.57 | 0.58 | |
| XRP | 0.51 | 0.56 | 0.58 | 0.58 |
表3– マトリクス:暗号資産とコモディティの相関
| BTC | ETH | LTC | ADA | XRP | |
| 原油 | 0.11 | 0.07 | 0.1 | 0.06 | 0.08 |
| 金 | 0.15 | 0.14 | 0.15 | 0.09 | 0.06 |
| 銀 | 0.26 | 0.23 | 0.24 | 0.16 | 0.16 |
| 天然ガス | -0.03 | 0.01 | -0.02 | -0.02 | -0.04 |
表4 – 株価指数間の相関マトリクス
| IBX50 | CAC40 | DAX | FTSE100 | FTSE | NIKKE1225 | SP500 | SPTSX | Sensex | SSEE | |
| IBX50(ブラジル) | 0.73 | 0.69 | 0.72 | 0.69 | 0.33 | 0.82 | 0.85 | 0.53 | 0.34 | |
| CAC40(フランス) | 0.73 | 0.97 | 0.95 | 0.91 | 0.51 | 0.74 | 0.81 | 0.63 | 0.39 | |
| DAX(ドイツ) | 0.69 | 0.97 | 0.94 | 0.91 | 0.53 | 0.73 | 0.8 | 0.57 | 0.37 | |
| FTSE100(英国) | 0.72 | 0.95 | 0.94 | 0.89 | 0.48 | 0.75 | 0.84 | 0.62 | 0.39 | |
| FTSE(イタリア) | 0.69 | 0.91 | 0.91 | 0.89 | 0.42 | 0.72 | 0.79 | 0.56 | 0.29 | |
| NIKKE1225(日本) | 0.33 | 0.51 | 0.53 | 0.48 | 0.42 | 0.33 | 0.4 | 0.35 | 0.49 | |
| SP500(米国) | 0.82 | 0.74 | 0.73 | 0.75 | 0.72 | 0.33 | 0.89 | 0.45 | 0.3 | |
| SPTSX(カナダ) | 0.85 | 0.81 | 0.8 | 0.84 | 0.79 | 0.4 | 0.89 | 0.56 | 0.38 | |
| Sensex(インド) | 0.53 | 0.63 | 0.57 | 0.62 | 0.56 | 0.35 | 0.45 | 0.56 | 0.53 | |
| SEE(中国) | 0.34 | 0.39 | 0.37 | 0.39 | 0.29 | 0.49 | 0.3 | 0.38 | 0.53 |
過去の逆相関
過去の逆相関、または負の相関とは、2つの銘柄が反対方向に動く関係を表します。この場合、相関係数は-1に近づき、一方の銘柄の価格が上がるともう一方の価格が下がり、その逆も同様であることを示します。これは、競合関係にある銘柄同士や、経済の変化に対して異なる反応を示す資産クラスの間で起こることがあります。
典型的な例は、株式と債券の関係です。一般に、株式市場が低迷すると債券は好調になり、株式市場が急騰すると、投資家が株式からより高いリターンを求めるため、債券価格が下落することがあります。
過去の相関と過去の逆相関の違い
この2種類の相関の主な違いは、ペアにした銘柄が互いにどの方向に動くかにあります。
動きの方向:
正の相関:銘柄は同じ方向に動きます。高い正の相関は、銘柄が一緒に値上がりまたは値下がりする可能性が高いことを示唆します。
負の相関:銘柄は反対方向に動きます。一方の銘柄が好調なとき、もう一方は不調になる傾向があります。
戦略上の意味:
正の相関:同じ要因が両方の資産を動かすことを想定し、似た資産クラスやセクター内で分散するための戦略に用いられます。
負の相関:同じ出来事に対して異なる反応を示す資産でポートフォリオのバランスを取り、市場のボラティリティをヘッジするリスク管理戦略に用いられます。
取引戦略での活用
正の相関:トレーダーは、相関する資産の価格が乖離したタイミングを探し、再び元の関係に戻ることを見込んで収束トレードを執行することがあります。
負の相関:トレーダーは、一方の資産をロング、もう一方をショートにするペアトレードを組み、両者の差が拡大することから利益を得ることでこれを利用できます。
これらの相関を理解することで、トレーダーや投資家は、どの銘柄をペアにして取引するか、どのようにリスクをヘッジするか、そしてアービトラージの機会として市場の非効率性をどう活用するのが最善かを判断できます。
過去の相関または逆相関を持つ銘柄を特定するには、統計分析を活用して銘柄間の関係を時系列で明らかにする体系的なアプローチが必要です。以下に、こうした相関を特定する方法を詳しく説明します。
- データの収集
まず、検討している銘柄の過去の価格データを収集します。このデータには日次の終値を含める必要がありますが、より精密な分析のためには始値、高値、安値も含めるとよいでしょう。時系列の長さは、さまざまな市場環境をとらえるのに十分なもの、通常は数年分のデータが必要です。
- データの準備
データがクリーンで正規化されていることを確認して準備します。これには、欠損値の処理、株価の分割や配当の調整、価格からリターンへの変換が含まれます。金融における相関分析の多くは、価格の絶対値ではなくリターンを用いて行われます。リターンのほうが定常性が高く、一般に比較のためのより安定した基盤となるからです。
- リターンの計算
銘柄のリターンを計算します。リターンは次の式で計算できます。

- 相関分析
銘柄のペアのリターンについて相関分析を行います。2つのデータセット間の線形関係を測定するピアソンの相関係数を計算できます。相関係数ρは-1から1の範囲をとり、次のことを示します。
1は完全な正の相関、
-1は完全な負の(逆)相関、
0は線形の相関がないこと。
- 結果の解釈
相関係数を分析します:
大きな正の値(1に近い)は、強い過去の正の相関を示唆します。
大きな負の値(-1に近い)は、強い過去の逆相関を示します。
0に近い値は、線形の相関がほとんど、またはまったくないことを示唆します。
- 統計的有意性
観察された関係が偶然によるものではないことを確認するため、相関係数の統計的有意性を検定します。これは通常、相関がゼロであることを帰無仮説とする仮説検定で行えます。
- 可視化
散布図などの可視化ツールを使って、2つの銘柄の関係を視覚的に評価できます。さらに、価格やリターンの系列を時系列でプロットすると、2つの銘柄の動きがどれほど密接に関連しているかを視覚的に把握しやすくなります。
- 継続的な監視
相関は、経済状況や市場環境の変化、企業固有の出来事によって時間とともに変わることがあります。取引しようとしている期間中も関係が維持されていることを確認するため、相関を継続的に監視し、更新することが極めて重要です。
- 取引戦略への組み込み
どの銘柄が相関または逆相関しているかを確認したら、ペアトレード、ポートフォリオの分散、リスク管理といった戦略を実施するかどうかを検討しながら、その情報を取引戦略に組み込むことができます。
この手法は、金融市場における過去の相関と逆相関を特定・活用するための堅牢な枠組みを提供し、高度な取引戦略や投資戦略の構築に役立ちます。
ペアトレード戦略でのZスコアの活用
ペアトレードは、関連する金融商品間の価格の非効率性を利用しようとする複雑な定量的取引戦略です。ペアトレードで用いられる手法の一つがZスコアに基づくもので、Zスコアはデータ点の平均からの乖離を標準偏差の単位で表したものです。以下では、Zインデックスを用いてペアトレードをどのように行うかを詳しく説明します。
Zスコアの基本
Zスコアは、ある値と値の集合の平均との関係を表す統計的な指標です。平均からの標準偏差の数で測定されます。観測値xのZスコアを計算する式は次のとおりです。

ペアトレードへの応用
ペアトレードにおいてZスコアは、価格が平均に向かって回帰するという前提のもとで、取引する資産の価格が統計的に過去の平均から大きく離れているときを特定するのに便利です。この戦略はペアトレードによく適用されます。
Zインデックスを用いたペアトレードの手順:
- ペアの選択:過去に連動して動いてきた株式(またはその他の資産)のペアを特定します。これは2つの株式間の相関や共和分を分析することで行えます。
- 価格比率と平均の計算:一定の過去期間について、2つの株式の価格の比率を計算します。次に、この比率の平均(μ)と標準偏差(σ)を求めます。
- Zスコアの計算:過去の平均と標準偏差を用いて、現在の価格比率のZスコアを継続的に計算します。これにより、現在の比率が過去の標準からどれだけ乖離しているかがわかります。

- 取引の執行:
- パフォーマンスの劣る銘柄を買い/優れた銘柄を売る:Zスコアが大きくマイナス(例:-2未満)の場合、価格比率が非常に低いことを示唆しており、トレーダーは比率が平均に回帰することを見込んで、パフォーマンスの劣る株式を買い、パフォーマンスの優れた株式を売ることがあります。
- パフォーマンスの劣る銘柄を売り/優れた銘柄を買う:逆に、Zスコアが大きくプラス(例:+2超)の場合、価格比率が異常に高いことを示唆しており、トレーダーはパフォーマンスの劣る株式を売り、パフォーマンスの優れた株式を買うことがあります。
- 決済戦略:取引は通常、Zスコアがゼロに戻ったとき、つまり価格比率が過去の平均に回帰したときに決済されます。
なぜペアトレードでZインデックスを使うのか?
ペアトレードでZインデックスを使うと、価格の乖離の測定を標準化でき、株式のペアの平均回帰を体系的に取引できるようになります。現在の状況がどの程度異常かを数値化し、統計的な基準に基づいて取引のエントリーと決済のトリガーを提供します。
この手法は強力ですが、慎重なリスク管理が必要です。使用する平均や標準偏差が時間とともに安定しない可能性や、市場環境の変化によって想定した平均回帰が期待どおりに起こらない可能性があるためです。