Verification of profitability of statistical arbitrage on the US stock market

Jan Kamenský

Bachelor's thesis

Verifikace ziskovosti statistické arbitráže na amerických akciích

Abstract:

Tato práce primárně zkoumá strategii párové obchodování a její schopnost generovat nadměrný výnos nad širokým trhem, měřeným indexem S&P 500, během variabilních tržních podmínek. Analýza je dělaná na velké části amerického akciového trhu, kde jsou zahrnuty akcie z Indexu Russell 3000. Strategie je zpětně hodnocena během 4 specifických období od roku 2000 do roku 2023, kde každá perioda je charakterizována danými podmínkami na trhu v této době, například ekonomické recese, období vysoké volatility, ale také stabilní období. Páry jsou identifikovány dvou krokovou korelační a kointegrační metodou. Do strategie jsou také zahrnuty transakční náklady jako jsou poplatky, bid/ask spread a slippage, aby byly konečné výsledky přesnější. Hodnocení strategie je realizováno na základě několika předefinovaných metrik, jako je například nadměrný roční výnos, ale také roční rizikově-vážený výnos, měřený Sharpe a Sortino poměrem, ale také množství transakcí a jejich úspěšnost. Dané metriky jsou zavedeny z důvodu jednodušší komparace efektu různých alternací na strategii. Po zhodnocení základního scénáře je strategie lehce pozměněna, kdy se implementují různé techniky pro snižování rizika nebo jsou změněny vstupní parametry, aby se následně mohl zhodnotit dopad jednotlivých faktorů na celkovou výnosnost strategie. Ve finále byly formulovány dvě hypotézy ve snaze vysvětlit celkovou výnosnost strategie.

Abstract:

This thesis primarily investigates the pairs trading strategy and its ability to generate excess returns over the broad market, measured by the S&P500 Index, during variable market conditions. The analysis is done on a large portion of the US stock market, using the stocks included in the Russell 3000 Index as a data source. The strategy is back-tested over four distinct periods from 2020 to 2023, each characterized by varying market conditions, such as economic recession and high volatility periods, but also stable markets. The pairs are identified using the two-step correlation and cointegration method. The transaction costs, like transaction fees, bid/ask spread, and slippage, were accounted for to present more accurate outcomes. The evaluation is based on several predefined evaluation metrics, such as annualized excess return and annualized risk-adjusted returns measured by the Sharpe and Sortino ratio, as well as the number of transactions and their success rate. These metrics are put in place to make it easier to compare the different variations of the strategy. After the baseline evaluation, the strategy is slightly altered, with several risk mitigation techniques or changes in the input parameters implemented to evaluate the individual impacts of each factor on the strategy’s performance and test its robustness and stability. Lastly, two hypotheses are formulated and empirically tested in an attempt to explain performance.

Keywords

Algoritmické obchdování, Statistická arbitráž, Párové obchodování, Enge-Grangerova metoda kointegrace, ADF-test

Keywords

Engle-Granger cointegration method, ADF-test, Algorithmic trading, Statistical arbitrage, Pairs trading

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 8. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 2024
• Supervisor: Van Quang Tran
• Reader: Jan Vejmělek

Vysoká škola ekonomická v Praze

Bachelor programme:
Bankovnictví a pojišťovnictví