大家好，我是橙哥！自2025年1月以来，美股走势持续疲软，市场波动加剧，投资者情绪也经历了从乐观到谨慎的变化。随着特朗普新经济政策的实施，市场的关注焦点从宽松货币政策向财政刺激和美国国债转移。在这样的背景下， 美债市场成为全球资金流向的重要风向标 ，而其中，国债收益率曲线 无疑是最核心的经济指标之一。
国债收益率曲线不仅是衡量利率趋势的关键工具，还能揭示经济周期的运行状态、市场情绪的变化以及投资者的风险偏好。例如， 当短期利率高于长期利率时，收益率曲线倒挂，往往被视为经济衰退的前兆 ；而 当收益率曲线陡峭上升时，则可能预示经济复苏或通胀预期升温 。理解这些信号，不仅能帮助投资者优化资产配置，还能为政策制定者提供重要的决策依据。 沃顿商学院金融教授Joao Gomes去年3月就曾警告， 随着美债持续攀升，可能最早在2025年将引发金融危机 。
本文将带领大家 使用 Python 一步步解析美国国债收益率曲线 。从数据获取、清洗、可视化到深度分析，我们将结合多种方法挖掘收益率曲线背后的市场逻辑，并利用生成的图表逐步解读每个关键环节，帮助大家更直观地理解市场动态，为投资决策提供科学依据。请在文末获取本文完整源代码。
数据获取与清洗
要进行国债收益率曲线分析，第一步便是获取数据。在本文中，我们使用了
pandas_datareader
库中的
get_data_fred
函数，从美国联邦储备银行（FRED）获取了不同期限（如1个月到30年）的国债收益率数据。 通过这些数据，我们可以直观地看到每个期限债券的收益变化 。为了确保数据的准确性，我们使用了
dropna()
函数去除含有缺失值的行，保证后续分析不会受到脏数据的影响。
在实际应用中， FRED 提供了许多有用的金融时间序列数据 ，而国债收益率作为最受关注的金融数据之一，能为我们分析美国经济的未来走势提供有力依据。通过
pandas
我们能够将这些数据以 DataFrame 的形式呈现，进一步进行处理与分析。
国债收益率曲线的绘制
通过获取和清洗数据后，接下来的任务是将这些数据可视化。在这部分中，我们使用
matplotlib
库绘制了美国国债收益率曲线，展示了不同期限债务的收益率随时间的变化。 通过这条收益率曲线，我们不仅能够看到不同期限债务的利率水平，也能直观地观察到市场对未来经济的预期。
短期债券（如1个月、3个月）与长期债券（如30年、20年）的收益率通常会有所不同，短期债券收益率较低，而长期债券收益率较高。此外，收益率曲线的形态变化也反映了市场对经济的预期。例如， 当短期债券的收益率高于长期债券时，收益率曲线会出现倒挂，这通常被视为经济衰退的信号。 而当长期债务的收益率远高于短期债务时，通常表明市场对经济增长的预期较为乐观。
在整个时间序列中，美国国债收益率的波动范围较大，最高值达到 6.02% ，而最低值仅 3.29% ，显示出市场对经济环境的不同阶段反应显著。从整体数据来看，所有期限和时间点的平均收益率约为 4.55% 。值得注意的是， 收益率曲线整体呈下降趋势，通常会被解读为经济可能面临放缓甚至衰退的信号 。然而，结合时间序列的变化来看，收益率在整体上仍呈现上升趋势，反映出市场对未来利率水平可能继续提高的预期。
当前美国国债收益率的相关性分析显示， 短期利率（1个月至1年）之间的相关性较高，反映出它们主要受美联储货币政策影响 。而短期利率与长期利率（10年以上）的相关性较低，例如1个月与30年期的相关性仅为0.23，说明 短期利率更多受政策变动驱动，而长期利率则受市场对经济增长和通胀的长期预期影响 。此外，长期利率之间的相关性极高，例如10年期与20年期的相关性达到0.99，表明 市场对长期经济走势的预期较为一致。
结合当前经济环境， 如果通胀回落且经济增长放缓，美联储可能会在未来几个季度启动降息周期，这将导致短期利率大幅下降，进而提高短期债券价格 。但由于长期利率受市场对长期通胀预期的影响较大，其下行幅度可能受限，甚至在市场预期经济复苏时出现反弹。若收益率曲线趋陡（长短期利差扩大），将有利于长债投资，而若收益率曲线继续平坦甚至倒挂，短债仍将具备吸引力。因此， 投资者可根据未来美联储政策走向和经济前景，调整债券投资组合，以在不同期限利率变化中获得最优收益 。
收益率曲线的斜率分析
收益率曲线的斜率是金融分析中一个非常重要的指标。一般来说，长期债券的收益率应该高于短期债券，这样形成的收益率曲线呈现出上升的趋势。然而，当短期债券的收益率高于长期债券时，收益率曲线便会倒挂。倒挂的收益率曲线通常被视为经济衰退的预警信号，因为这表示投资者认为短期内经济可能面临衰退，导致短期利率高于长期利率。
在我们的分析中，我们计算了 30年期与1个月期债券的收益率差异，并将其作为收益率曲线斜率的代表。通过分析斜率的变化，我们可以判断市场对未来经济的预期。如果斜率持续为负，说明市场可能对未来经济增长产生担忧，投资者的风险偏好较低。反之，如果斜率为正，市场对经济增长的信心则较强，长期债券收益率较高，表明经济前景乐观。
美国国债收益率曲线在大多数时间内呈下降趋势，这预示着经济放缓甚至衰退的风险正在加剧 。
当前市场环境下，负斜率（倒挂收益率曲线） 的出现尤为突出， 这一现象表明短期利率高于长期利率，投资者对未来经济增长持悲观预期，并可能预示衰退即将到来 。 此外，平坦或拱形曲线 进一步凸显市场的不确定性，显示出投资者对未来经济增长或通胀趋势的信心不足。 从具体时间节点来看，收益率曲线在 2023年1月3日至2024年12月11日 期间持续下降， 这一长期的下行趋势强化了经济低迷的信号，暗示未来可能面临更严峻的金融环境和市场动荡。
利差分析：理解期限结构
利差是指不同期限债券的收益率差异。在这部分分析中，我们计算了多组期限之间的利差，例如10年期与2年期、10年期与3个月期等。通过计算利差，我们能够更清晰地理解市场在不同时间周期内对短期和长期债券的需求。
通常，短期债券的利率受美联储货币政策的影响较大，而长期债券的利率则受经济周期、通货膨胀预期和投资者信心等因素的影响。因此，利差的变化能够反映市场对未来经济发展和通货膨胀的预期。例如，当利差较大时，表明市场对未来长期债券的需求较强，投资者对长期经济增长有信心；而当利差较小时，则可能预示着投资者对长期经济增长的担忧。
对不同期限国债的利差统计显示，短期债券与长期债券之间的利差普遍为负 ，其中 10年-2年 、10年-3个月 、5年-2年 、7年-1年 和 10年-1年 的平均利差均为负值，表明长期债券的收益率低于短期债券，即出现收益率倒挂 的现象。尤其是 10年-3个月 的平均利差达到 -1.05% ，最低甚至达到 -1.89% ， 这是市场对未 来经济衰退强烈预期的典型信号 。而 30年-10年 的平均利差则为 0.17% ，相对稳定，表明市场对长期经济增长仍有一定信心。从数据来看， 收益率倒挂已经成为市场的主导现象，投资者的避险情绪较高，长期债券的需求上升，进一步压低了其收益率。这一现象通常意味着市场对未来经济增长前景持悲观态度，并可能预示经济衰退的风险。
Markov切换模型：经济周期的动态解读
Markov切换模型（Markov Switching Model）是一种常用的时间序列分析方法，能够捕捉数据中的不同状态并揭示其转变规律。在本次分析中，我们使用Markov切换模型对10年期与2年期国债收益率差（10Y-2Y收益率差）进行建模，通过该模型可以识别出不同的经济状态，并对这些状态进行解读。通过对模型结果的分析，我们能够更好地理解市场在不同经济周期中的表现。
在Markov切换模型中，状态1通常代表经济稳定或增长时期，收益率差一般为正，表明收益率曲线呈现正常形态；而状态2则可能代表经济衰退或压力时期，收益率差为负，通常表明收益率曲线发生倒挂。通过观察这两个状态的概率变化，我们可以洞察市场对不同经济情境的反应。
图表显示 10Y-2Y 利差（蓝色）与两种市场状态的概率（红色和绿色）。状态 2（绿色）主导市场，平均持续 618.44 天，表明经济压力或衰退期较长，收益率曲线倒挂较为持久。状态 1（红色）平均持续 382.18 天，可能代表短暂的市场调整或政策过渡期。 当前状态 2 仍占主导，暗示未来经济或仍面临下行压力，投资者需关注长期利率走势及政策应对。
主成分分析（PCA）：降维与经济洞察
主成分分析（PCA）是一种常用的数据降维技术，它可以帮助我们从多个变量中提取出最重要的成分。在本次分析中，我们使用 PCA 对收益率数据进行降维处理，从多个维度中提取出两大主成分。通过对主成分的分析，我们能够洞察影响美国国债收益率曲线的主要经济因素。
在PCA分析中，主成分1（PC1）通常反映了长期债券（如10年、30年）的主要变化趋势，而主成分2（PC2）则与短期债券的波动关系更大。通过观察这两条主成分曲线随时间的变化，我们可以识别出市场对长期与短期债务的关注点。例如，当PC1上升时，表明长期经济前景乐观，市场对未来经济增长充满信心；而当PC2上升时，则意味着市场对短期利率变化的反应更加敏感，投资者对短期经济波动更加关注。
图中显示 PC1（蓝色）波动剧烈且长期上升，反映整体利率水平的显著变化，可能受政策调整或市场避险情绪驱动。PC2（橙色）较平稳但缓慢上升，表明收益率曲线趋陡，反映长期经济增长预期增强。PC1 在部分区间剧烈波动，提示市场对利率政策高度敏感，而 PC2 的持续上升暗示长期债券需求增加。 若 PC1大幅下跌而 PC2 继续上升，意味着经济衰退风险加剧，投资者寻求避险。
交互式图表：增强分析的可视化
除了静态图表，本文还通过 Plotly 实现了交互式图表，使得收益率曲线随时间的变化更加直观。在这些交互式图表中，用户可以通过滑动条选择特定日期，查看该日期的收益率曲线。通过这种方式，我们能够观察到收益率曲线的动态变化，进一步分析市场对不同时间点的反应。
这些交互式图表不仅提升了数据可视化的效果，也使得用户能够更直观地看到市场情绪的波动。例如，当滑动条显示到某个特定日期时，用户可以看到短期与长期债券的收益率差异，帮助我们理解市场在某一时间点的情绪和预期。
结语
通过这一系列分析，我们能够深入理解美国国债收益率曲线的动态变化，并通过多种可视化工具将这些变化呈现出来。无论是通过静态图表分析不同期限债券的收益率变化，还是通过PCA降维分析市场的主要驱动因素，亦或是通过交互式图表直观地观察市场的波动， 这些分析工具为我们提供了一个全面了解美国经济走势的窗口。
美国国债收益率曲线不仅是金融市场的风向标，通过对这些数据的分析，我们可以更好地理解市场对未来经济的预期，做出更加精准的投资决策。
长按下方扫码 获取 本文完整源码 ：
点击阅读原文加入 宽客邦量化俱乐部