订单簿中的“闪电猎手”——高频交易策略详解 | BVC Gaia量化
导语：
高频交易是一种利用复杂计算机系统下单、享有与交易所直连数据通道，具有高换手、低延迟特性的程序化交易方式。高频交易曾在美国股票、期货、外汇等市场中扮演重要角色，巅峰时期其交易量占比甚至达到三个市场的50%；近年来由于受到市场总体成交量与流动性下滑、监管政策改变与赛道竞争加剧等原因，盈利水平有所回落。
数字货币市场的高频交易策略容量比较小，单只团队规模一般在几十到上百BTC之间，收益率和夏普比率较高，其使用场景主要为以做市和自营交易为主，缺乏资金的规模效应。但通过高频策略逻辑同其他策略相结合，有效防范极端行情下的市场及交易所风险，将有利于量化策略优化组合创造超额收益。
一、高频交易的定义、规模与现状
在程序实现方面，为了提高算法运行速度，会将一些指令集成到计算机系统中（指令间隔通常为毫秒量级，甚至能达到微秒），在高频系统的开发中更是以运行速度较快的底层语言C++为主； 在硬件方面，可采用超频CPU、FPGA硬件加速、GPU并行计算等方式提升整体性能。 在通信网络方面，因为电磁波在石英中的传播速率仅为空气中传播速度的三分之二，且光纤网络拥堵会增高延迟，高频交易甚至会摒弃传统光纤通信转而采用微波、毫米波专用通信线路。如下图所示，图中绿线表示在光纤分布密集的城市群间（伦敦与法兰克福、芝加哥与纽约）所架设的微波线路。Quincy data公司已经可以把位于奥罗拉的芝加哥商业交易所交易数据以4毫秒左右的低延迟传输到位于新泽西州的卡尔特莱特与斯考克斯。
图一 高频交易直连交易所的微波通信网络 来源：Quincy data
2、使用co-location 和直连交易所的数据通道
所谓co-location，即高频公司的服务器等硬件设施需要放到离交易所主机非常近的位置上，一些交易所甚至还在自己服务器集群附近为做市商提供服务器托管服务。这样一来交易指令不需要经过券商中转，高频交易公司也会比其他市场参与者更早看到order book上的信息。
3、平均每次持仓时间极短
除低延迟之外，高频交易的另外一大特点就是高换手，这就意味着交易行为的产生会非常频繁且持仓时间较短以减少风险暴露。
4、大量发送和取消委托订单
高频交易者会对出现在订单簿上的每一条信息进行处理研判，并针对性的大量挂单建立相应头寸，在一些高频策略中，交易者会发出一些下单指令去探知其他订单（例如冰山策略），或者通过大量下单撤单操作引导价格短期趋势变化以促进价格发现。
5、收盘时基本保持平仓
一般高频交易都会在一个交易日结束前，平掉所有仓位（持有底仓除外），一方面持仓过夜会提高风险；另一方面能够大量减少持仓成本（主要为除保证金头寸外所支付的隔夜利息）
纵观高频交易发展的历史，不难看出其得益于监管层的政策调整与互联网技术在金融行业中的广泛应用。起初，纽交所采用手动撮合下单方式，而纳斯达克市场主要由其做市商处理散户订单，随着电子化自动交易平台的逐渐兴起，参与日内交易的客户逐渐增多，为高频交易的兴起奠定了基础。在随后SEC出台的数项规定完善下，高频交易市场日趋成型。1998年出台的“另类交易系统规定”，使得兼具高效与便利的电子交易平台（Electronic Communication Network，ECN）逐渐被市场接受。
此后，通过众多ECN平台人们无需经过做市商撮合下单，同时能够反映市场真实情况的订单信息也走进了投资者的视野——这对于喜好研究交易微观结构的高频团队来说，无疑是惊天变革。彼时，即便是纽交所与纳斯达克也不得不追随历史洪流，投身于电子化交易平台业务的浪潮中。进入2000年后，SEC规定将价格最小变动单位由0.0625美元改为0.01美元，价格档位的增多使得卖一和买一之间有更多批量下单撤单的空间。
随着高频交易的发展，许多金融行业传统巨鳄如Goldman Sachs、JP Morgan、Merrill Lynch等进军该领域，行业更有一批富有竞争力的传奇公司与对冲基金加持——由量化之父西蒙斯领衔的文艺复兴科技（Renaissance Technologies）、以速度见长的Virtu Financial（在2009年到2014年的1485个交易日中仅有一天亏损）、Citadel Securities、Two sigma、Jump Trade Co、GETCO等。
此后，高频交易在美股市场上迎来了飞速发展的黄金十年。如下图蓝色直方图所示，其在2005年只占美股市场10%左右的交易量逐渐发展到在2009年占比61%，在期货、外汇市场中，据芝加哥商业交易所（CME）和电子经纪商系统（Electronic Broking System）2009年的公布数据显示，高频交易也贡献了至少50%的交易量。图中橘色直方图代表欧洲市场情况，与美国类似，起初高频交易占比仅有1%，发展到2010年有38%的占比。
图二 2005年至2014年间高频交易在美国与欧洲两个市场的成交占比
高频交易的盈利水平吸引大量金融科技团队进入该领域，使得赛道日渐拥挤，利润逐步被瓜分； 部分高频策略威胁信奉价值投资或基本面分析的传统资管公司与对冲基金，加之由于美国国内出台政策对于部分“明显损害”市场的高频策略进行限制，使其进一步遭受打压； 由于去杠杆导致市场流动性和交易量整体下滑。
与国外高频公司可搭建数据专线直连交易所不同，国内交易者的每笔下单撤单需经过券商中转，这样一来低延迟性能大打折扣，丧失速度优势。 交易数据颗粒度不够，国内交易所只会给TICK级别数据，无法获取逐笔委托单与订单薄上更多细节信息。 国内监管政策不明朗，对于大批量下单撤单等疑似引导价格趋势的交易行为管控较严。
目前来看，高频交易在中国市场的发展还有相当长的一段道路要走。
二、 高频策略分类与盈利模式
高频交易之所以能够实现盈利，其背后的统计学逻辑为大数定律(law of large numbers)，即当我们大量重复某项试验的时候，其结果分布都趋于某一固定数值。在高频交易中，当每笔盈利的概率大于50%的时候（被动做市策略的胜率甚至会到达80%），即使每笔交易利润微薄，但在大量的交易闭环（买入后又卖出，总仓位不变）完成后，其收益的期望均为正值。而不同的高频策略类型，其盈利方式亦不尽相同，下面将介绍几种主流高频策略及其具体盈利模式。
1、被动做市策略
该策略的核心思想为，根据逆向选择原理，做市商将买单和卖单同时插入到委买单序列和委卖单序列的最前方成为新的买一与卖一。假设这两个单子在一定时间内都能成交，则在仓位没变的情况下实现了盈利。
下图为订单簿示意图，真实情况往往比这里要复杂，做市策略会综合订单簿上买卖十档（甚至更多）的信息判定在什么价位开仓，这里仅留5档做示意。在没有被动做市策略运行的盘口如图1所示，买卖价差较大为100.2-99.5 = 0.7元。此时，如果行情判定为中枢震荡行情，高频策略则会开仓，在卖一和买一间插入订单，如图2红色订单所示。高频交易在速度方面相较于手动交易员有巨大优势，所以如果此时手动交易员将其在买二、三/卖二、三位置下的订单取消后再插队到委托序列的最前方，被动做市策略也会跟着撤掉订单，由逆向选择原理，降低价格后再次挂单，时刻保持做市订单最接近价格形成的方向，即处在委托序列的最前方。
被动做市策略比较适用于没有明显突破趋势的中枢震荡行情，但当行情一但单边突破，则会造成做市商持仓偏移，要么是底仓低价卖出无法接回，要么是买单成交后价格继续向下持仓被套，这个时候该策略就要及时止损。如下图所示，当图2我们在100.1下的15手卖单成交后，价格依旧上行且直接打掉了卖一至卖三三档。在经过对盘面信息的重新判断后，得知在99.7元接回15手的买单成交无望时果断止损。撤掉图3中红色的买四订单，并且直接吃掉卖一100.45元的15手订单完成回补，视作一次止损触发。一般来讲，被动做市策略的胜率可达80%，止损的概率为20%。
被动做市是目前高频交易主要应用的场景之一，当价格波动在一个区间内（无明显趋势时），高频做市商会在买一与卖一的盘口间，分别插入对买卖双方更有利的报价，从而促使交易发生，即通过缩小盘口价差来为某种证券注入流动性。赚取盘口微小价差的方式虽然利润微薄但胜率较高，在高频次成交情况下可实现可观收益；在更多的情形下，做市策略的利润源自于交易所为其促成这笔交易提供的流动性报酬——返回一部分手续费当做佣金。
2、方向性策略
与被动做市策略运行的市场环境相对平稳不同，趋势策略应用于价格反转或突破行情中。当高频策略通过侦测市场外部信息，获知事件驱动行情即将到来时，结合盘口数据会预先建立头寸，等到市场对事件有所反应并在价格上有体现时即完成获利平仓了解。如下图所示，假设我们判断一波下跌趋势行情即将来临（可见盘口卖单数额较大且密集），于是抢先卖出100手市价单将图4中的买一买二全部打掉，剩余1手以99.85的价格置于卖一位置。因为市场反应较为迟缓，我们预先建立好卖空头寸等待价格下跌。此时，当其他交易员看到下跌趋势已成于是会跟随减仓，当价格下跌到图5买四的位置时，高频策略在99.4元的位置将高位卖出的100手接回，获利平仓。当然如果对行情判断失误，也需要及时止损，即迅速买回卖空的头寸，利用上方卖单回补。
除事件驱动引发的方向性策略外，还有趋势引发和指令占先两种策略。指令占先策略在学界有另外一个名字——掠夺性算法交易，即高频策略在开仓前，会连续发送小额订单试探盘口中是否有冰山委托正在进行建仓，如果发现在某个价位有连续大额买/卖盘，则会利用技术手段抢先在大笔订单成交前完成建仓，等到价格上涨后再把筹码以高价派发给之前没有挂单成功的大额订单。趋势引发策略亦称幌骗交易，容易与市场操纵产生联系并成为监管重点查处的对象。其具体做法挂出巨量卖单/买单，并在低点/高点挂出少量买单/卖单，当市场的其他交易员看到订单薄的信息时会受到恐惧或贪婪的心理影响作出争相卖出/买入的交易行为，这样一来事先埋伏好的小额单子便可成交，等到趋势回归正常后即可获利平仓。
方向性策略的核心思想基本都是在对订单流信息或具体事件加以研判后得出短期大概率价格波动方向，以速度优势提前建仓，等到价格波动到预想点位后平仓了结。该策略能盈利的原因在于对交易市场微观结构（订单薄信息）的研究、事件把握、执行速度远远碾压其他参与者，同时由于指令下单，情绪不易受波动影响。
3、 结构性策略
与趋势策略中指令占先与幌骗交易类似，结构性策略也是在交易机制上做文章，抢占先机，或多或少有破坏交易市场公平性之嫌。前文提到，一些高频公司会把服务器等硬件设施放到离交易所主机非常近的位置上，一些交易所甚至还在自己服务器集群附近为做市商提供服务器托管服务。这样一来交易指令不但不需要经过券商中转，同时高频交易公司也会比其他市场参与者更早看到order book上的信息。此外，曾经还有“无审核通路”和“闪电指令”等结构性策略，但由于太过破坏市场公平性，已于2010左右被美国证监会禁用。
4、 套利策略
套利大体可以分为跨市场套利与跨资产类别套利。在美国证券交易市场，同一个股票可以在不同交易所交易，当同一资产在不同交易所的价格产生微小的偏差时，就会被高频团队迅速捕获并完成套利。更加常见的是ETF套利与股指期货套利，同样对于速度有着非常高的要求，指令的传达都在微秒甚至纳秒量级。
三、高频交易的优势与风险
1、高频策略的优势
对于将髙频策略配置到一部分资产上的基金来说，其产生的利润是超额收益的重要组成部分，并与其他投资策略不会产生冲突，起到对冲风险的作用。从交易微观层面上，高频交易对于订单薄信息流的研究重视到无以复加的程度，以至于高频策略能够在短期内引导价格走向，作出正确判断并完成获利；再结合其自身硬件的速度优势往往能先发制人，跑在市场参与者之前完成建仓或平仓的动作。
通过缩小价差活跃盘口，来刺激交易欲望从而在一定程度上能提高市场真实交易量。 为交易市场价格波动提供短期动力，并能回补缺口使得价格不会瞬间偏离正常区间太远。 提高市场整体交易效率，催化计算机软硬件技术迭代并反哺金融行业。
2、高频交易为市场带来的风险
2013年8月16日上午11时左右，光大证券下出26000余笔委买单，主动购入价值234亿元的ETF成分股，实际成交72.7亿元；随后又将18.5亿成分股转为ETF卖出并开出7000余手股指期货空单对冲。经过这一系列操作后当日上证指数大幅异动6%，引发监管层的调查与投资者重视，业内称为“光大乌龙指事件”。据光大证券自查报告，原因出在其高频套利系统的订单生成模块误将可用实盘下单资金以外的26000余笔订单提交到下单模块，且无风控报警，引发后续巨震。当时这一事件不但揭开了高频套利的神秘面纱，更是将高频交易及其所带来的隐含风险，带到了中国监管层与市场参与者面前。
而早在2012年发生在美国的一次乌龙指事件，让曾经的行业翘楚——骑士资本蒙受巨额损失。由于在高频交易系统升级的过程中，技术人员未把某台服务器升级，导致其在8月1日开市后向市场发送几百万笔异常订单，涉及股票150余支并引发熔断机制，部分股票临时停牌终止交易。事后纽交所仅仅取消了6只股票的当日交易，剩余140余只股票未能取消，最终导致骑士资本亏损4.6亿美金，转入经营困境并被GETCO收购。
高频交易发展至今，似乎一直在引发人们的反思和对其可能带来的系统性风险的批判。伯克希尔·哈撒韦公司的掌门人巴菲特与芒格曾公开表示，高频交易就如同“谷仓中的老鼠”，批判其并未给市场带来流动性，只是带来了交易量。本章节剩下部分将对高频交易为市场带来的风险、成交量与流动性的关系等问题逐一探讨。
让我们再次回到2010年5月6日，美股交易市场道指、标普等几大指数短时间内纷纷大幅跳水逾9%，虽然在该交易日剩下的时间里价格逐渐回补，收盘时较前一日仅跌3%左右，但此事对全美震动极大，史称“闪崩”（Flash Crash）。
图三 2010年5月6日 美国道琼斯指数k线图 来源：富途证券
美国证监会事后对闪崩进行了全面的调查，得出的结论能够更好的帮我们理解高频交易在提供流动方面到底有何贡献。如下左图所示，红色曲线代表标普500指数期货当日成交量的变化，蓝色曲线代表期货价格变化，而右图表示挂单数量的变化曲线。我们能清晰的看到在发生闪崩之时的14：45分，成交量激增但是市场深度骤降，委买单甚至下降到了0，在做市策略的加持下，为何盘口会抽至真空、瞬间流动性全无呢？
图四 标普500指数期货成交量与价格走势图 来源：Bloomberg
图五 标普500指数期货买卖挂单量走势图 来源：Bloomberg
当年5月，在欧债危机的不良情绪笼罩下，资本市场紧绷且敏感。当某机构交易员决定下出75000手的空单来做套期保值时，意想不到的闪崩发生了。按照往常，由于高频做市商的存在，如此“小”仓位的单子一定会照单全收。可当场内的高频策略对订单簿信息、市场情绪加以判断后，决定采取“无成交意向的报价”的方案，或者为了避免股价大跌而导致做市仓位被套牢直接采取“不做市”的策略。做市商的离场导致盘口瞬间流动性枯竭，深度变差，数量不多的卖单也能砸掉买单的几个档位，瞬时股价大跌。至此我们可以看到，成交量大的标的并不一定有较大的流动性与真实交易需求，高频交易在市场里起到的作用是为真实需求提供更小价差等交易便利，而不是价格下跌的根本原因。而至于高频交易对于价格的大幅波动有没有助推作用，在学术届一直存在争议。
类似于巴菲特和芒格对于高频交易的看法，部分学者认为高频团队通过幌骗交易等方式影响价格变动从而剥夺了市场上其他交易者的利润，而Jonathan Brogaard在2018发表的学术论文中称，高频交易真实的为市场提供了流动性，缩小了买卖价差；高频交易参与竞争的不是价格，而是数量，这样就不存在学界对于高频策略质疑的声音——通过价格竞争来定向收割基本面投资者。
Brogaard选取了加拿大第二大交易平台Alpha交易所2008年至2012年间279只大盘股的订单薄数据作为研究对象，同时为了更准确地刻画市场情况，选择加拿大TSX交易所的同类数据作为对照参考。下面两幅图展示了这三年间高频做市商陆续进驻该平台的情况。左图为该取样时间内为每只股票提供做市的商家数量，右图为高频交易商进驻Alpha平台日期分布图。
图六 2008-2012为每只股票提供做市的商家数量
图七 高频交易商进驻Alpha平台日期分布图
随后采用双重查分法（difference-in-difference，DID）对数据进行处理，对高频做市商进驻前后的流动性变化加以分析。如下图所示，随着进驻的做市商数量增加，两个交易所在同一只股票上的买卖价差逐渐缩小但最后基本持平，伴随这一过程的还有做市商竞争程度的加剧。其最后得出结论，高频交易能够有效的提升市场流动性并同时降低了价格波动率。
图八 两家交易所同一标的买卖价差比较
至今外界对高频交易的态度依旧褒贬不一，人们惊讶于其投入规模与盈利能力的同时，也忌惮着它有可能再次带给系统的“黑天鹅事件”。高频交易的每一条指令，每一道算法虽然由机器完成，但是如何提高风控能力，减少系统漏洞或对交易制度、交易结构变革的思考，却是人该做的事情。
四、加密资产市场的高频交易
高频交易的多种策略类型都可以在数字货币市场进行应用，其策略逻辑与盈利模式与传统交易市场基本一致。并且，对于高频策略而言数字货币市场的交易限制更少，市场无效性更强，高频交易策略获利的难度也更低，收益水平更高。
为了提高流动性水平和交易量，数字货币交易所通常会向高频交易团队提供多种补贴和优惠便利政策，比如极低手续费乃至负手续费，以及在交易所服务器集群下为高频做市商提供co-location和解除API交易频次限制等服务。对于体量较小的交易所而言，还需要付费聘请高频做市团队为交易所提供流动性服务。但是对于以高频策略盈利为导向的团队来说，一般交易场所也会选择流动性较好、散户交易者积累较多的大交易平台来进行策略部署。
图九 数字货币交易所手续费及交割费率一览表
图十 数字货币交易所高频做市商手续费优惠
由于加密资产整体市值较小，加密资产市场的高频交易策略容量大多较小，主要以做市策略和跨平台流动性套利策略为主，策略容量一般在几十到上百BTC之间。由于交易所对高频量化的交易限制少，以及为满足交易所自身流动性的需求而为高频量化团队提供的多种便利，高频量化策略在加密资产市场的收益率和夏普比率相对于其他量化策略而言都要高很多。但由于受到高频策略容量的限制，一般都是以量化团队自营为主、不接受外部投资，资金的规模效应难以实现。
除此以外，行情剧烈波动情况下的交易所故障也是高频量化策略的一大隐患。在极端行情出现时，高频策略一般会采取撤单的措施，避免因为价格波动过快造成持仓偏移，保证头寸的平衡。由于高频做市商和套利团队撤单的原因，交易所盘口流动性会瞬间被抽空造成价格波动更大，其他交易者交易滑点更高，进一步加剧价格变化。大量交易指令和爆仓清算的出现也会造成交易所服务器过载或者宕机，导致API查询、交易等指令出现延后，微小延迟对于低频量化策略的影响可能较小，但API延迟对于高频策略造成的影响巨大，会导致高频策略短时间错误执行大量的亏损订单。甚至有时API故障会导致交易策略无法进行挂单、撤单和成交，多个交易所间头寸不平产生风险暴露，穿仓分摊进一步减少策略收益，最终可能造成策略的巨额亏损。
图十一 3月12日行情剧烈波动产生较大滑点 来源：skew
结语
高频交易策略作为二级市场重要组成部分，在股票、期货、外汇等市场中扮演重要角色。也因为传统金融市场的高频交易参与者增多与监管层面的限制造成了部分高频团队的挤出，从而转入数字货币市场。对于高频策略而言，数字货币市场的体量相对较小，且极端风险出现的可能性较高。纯高频策略更适用于小资金和自营管理，高频赛道交易者的增加又进一步造成策略拥挤，较难形成规模效应。但是通过高频策略逻辑同其他策略相结合，有效防范极端行情下的市场及交易所风险，将有利于量化策略优化组合创造超额收益。
参考资料：
1.Will high-frequency trading practices transform the financial markets in the Asia Pacific Region? Kauffman，Hu and Ma
2.High-Frequency Trading Competition，Jonathan Brogaard， Corey Garriott February 16, 2018
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