Forecasting bitcoin's volatility: Exploring the potential of deep-learning

Abstract

The importance of using the right statistical, mathematical and computational tools can highly influence the decision-making process. With the recent computational progress, Deep Learning methodologies based on Artificial Intelligence seem to be pointed out as a promising tool to study financial time series, characterised by out-of-the-ordinary patterns. Cryptocurrencies are a new asset class with several specially interesting characteristics that still lack deep study and differ from the traditional time series. Bitcoin in particular is characterised by extraordinary high volatility, high number of structural breaks and other identified characteristics that might further difficult the study and forecasting of the time series using classical models. The goal of this study is to critically compare the forecasting properties of classic methodologies (ARCH and GARCH) with Deep Learning Techniques (with MLP, RNN and LSTM architectures) when forecasting Bitcoin’s Volatility. The empirical study focuses on the forecasting of Bitcoin’s Volatility using such models and comparing its forecasting quality using MAE and MAPE for one, three- and seven-day’s forecasting horizons. The Deep learning methodologies show advantages in terms of forecasting quality (when we take in consideration the MAPE) but also require huge computational costs. Diebold-Mariano tests were also performed to compare the forecasts concluding the superiority of Deep Learning Methodologies.

A importância de usar as ferramentas estatísticas, matemáticas e computacionais certas pode certamente influenciar o processo de decisão. Com os recentes avanços computacionais, as metodologias Deep-Learning, baseadas em Inteligência Artificial apontam para uma ferramenta promissora para o estudo de séries temporais de dados financeiros, caracterizadas por padrões que são fora do normal. As criptomoedas são uma nova classe de ativos que são caracterizados por alta volatilidade, elevado número de quebras de estrutura e outras características que podem dificultar o estudo e previsão por parte de modelos clássicos. O objetivo deste trabalho é analisar de forma crítica as capacidades de previsão das metodologias clássicas (ARCH e GARCH) comparativamente a metodologias de Deep-Learning (nomeadamente arquiteturas de redes neuronais: MLP, RNN e LSTM) para a previsão da volatilidade da bitcoin. O estudo empírico deste trabalho foca-se na previsão da volatilidade da bitcoin com os modelos supramencionados e comparar a sua qualidade preditiva usando as medidas de erro MAE e MAPE para horizontes de previsão de um, três e sete dias. As metodologias de Deep-Learning apresentam algumas vantagens no que respeita à qualidade de previsão (pela análise da métrica de erro MAPE) mas apresentam um custo computacional superior. Também foram realizados Testes de Diebold-Mariano para comparar as previsões, concluindo-se a superioridade das metodologias de Deep-Learning.