通用投资组合收缩:从 MLP 预测到稳健仓位(NBER 2023)

原题:Universal Portfolio Shrinkage

一句话总结:UPSA 不负责挖因子,也不直接提高 MLP 的预测 IC;它处理的是「如何把带噪的收益预测变成仓位」——当资产或因子数接近样本数时,单一 ridge penalty 会一刀切地处理所有主成分且随窗口跳变,UPSA 改为混合多种收缩强度,在 153 个 JKP anomaly factors 上把年化 Sharpe 从最佳 ridge 的 1.59 提至 1.92、把样本外定价 从 39% 提至 67%。

先放进现有量化流程里理解

一条典型的指数增强流程可以抽象为:

量价/基本面数据
  → 因子挖掘与清洗
  → MLP 预测个股残差收益 alpha
  → 风险模型 + 组合优化 + 指数/行业/风格/换手约束
  → 回测、模拟盘、实盘执行

这条链路包含两个不同问题。前半段回答「哪些股票未来可能有超额收益」;后半段回答「在预测和风险估计都不精确的情况下,应把多少钱放到每只股票」。前者的质量通常看 IC、Rank IC、预测 ;后者看 active return、tracking error、IR、turnover、drawdown、暴露稳定性和净交易成本。

UPSA 属于后半段的组合构造层。它不产生新 factor,不替代 MLP,也不会让同一组预测的 IC 自动上升。它试图减少的是优化误差放大:MLP 的 alpha 只错一点、covariance 只错一点,但求逆和受约束优化可能把这些小误差放大成极端权重、隐含风险集中和换手跳变。

一个简化的指数增强 optimizer 通常写成:

其中 是相对 benchmark 的 active weight, 是 MLP 的残差收益预测, 是风险模型估计的 covariance;约束可以包括 benchmark neutral、tracking error、行业与风格暴露、个股上下限、turnover、流动性和 short-sale availability。UPSA 最可能改变的是 如何参与权重映射,以及「选择多强的 regularization」这一决策,而不是上游的

问题与动机

为什么好预测仍可能被坏 optimizer 毁掉

假设 MLP 看好两只股票 A、B,风险模型又估计它们几乎不相关。Optimizer 会把「两个高 alpha、低相关资产」视为难得的分散化机会,同时重仓。但若低相关只是有限历史样本造成的 covariance estimation noise,A、B 实际可能暴露于同一行业或隐含 risk direction;预测层的小误差经 放大后,会变成组合层的大失误。

主成分(principal component, PC)视角更直观。Covariance 的小 eigenvalue 方向在数学上看起来风险很低,因此 Markowitz optimizer 会给它很大权重;但小 eigenvalue 最容易被估计误差支配。只要该方向的 mean、eigenvalue 或 eigenvector 略有偏差,样本内极漂亮的 risk-return tradeoff 就可能在样本外消失。论文用复杂度 表示这种压力:资产或 factor 数 越接近历史观测数 ,plug-in Markowitz 的样本内 Sharpe 越虚高,样本外 Sharpe 越差(图 1)。

为什么单一 ridge 仍不够

常见修补是在 covariance 上加 ridge:。较小的 更相信历史数据,组合更激进;较大的 更怀疑 covariance,组合更保守。问题在于一个 对全部 PC 施加同一种规则:为了压制中间 spectrum 的噪声,可能把真正有用的低方差方向一并抹掉;为了保留这些方向,又可能让其他噪声 PC 获得过大权重。

更麻烦的是,单一最优 本身也是一个带噪估计。论文图 7 显示,用 cross-validation 每期选择的 ridge penalty 会在相邻 rolling windows 之间跨多个数量级跳变;这种 hyperparameter instability 最终表现为仓位和 turnover 的不稳定。

论文的核心主张

作者主张,高维组合需要同时做到两件事:第一,允许不同 eigenvalue 区间接受不同强度的 nonlinear spectral shrinkage;第二,不再用 covariance estimation error 这种中间统计指标选 shrinkage,而是直接用样本外 portfolio utility 训练。UPSA 用多个 ridge portfolios 的 ensemble 同时实现这两点,并保持闭式、低维的求解结构。

可以接入现有流程的三个位置

以下三种接法中,第一种最贴近现有指数增强 optimizer,第二种通常是风险最低的试点,第三种适合 factor zoo 已经很大的团队。需要强调:论文原版使用 factor returns 的历史均值与二阶矩,不包含 MLP alpha、benchmark、交易成本和生产约束;以下属于从论文方法推导出的工程适配,而不是论文已经实证验证的原样方案。

接法一:替换 optimizer 的单一 shrinkage 选择

保持 factor、MLP、风险模型和全部约束不变,只选择一组 ridge levels:

对每个 独立求一个受约束组合:

于是得到从激进到保守的多个候选组合。再用严格时序样本外的净收益学习混合权重

如果每个候选组合满足相同的线性 exposure constraint,非负 convex combination 通常仍保持这些约束;对 tracking error、turnover、相对旧仓位成本等与状态相关或非线性约束,最终组合仍应重新验约束,必要时做一次最小距离 projection。这个版本可以理解为「constrained, cost-aware UPSA-like optimizer」。

接法二:在多个模型或 alpha sleeves 之上做第二层 allocator

若团队已有 MLP、LightGBM、momentum、value、news 等多个模型,每个模型可先经过现有生产 optimizer,生成一个完整、受约束的 sleeve portfolio;再把这些 sleeve returns 当成 UPSA 的基础资产,在第二层决定不同 regularization / model portfolios 的配置。

MLP sleeve ─────────┐
LightGBM sleeve ────┤
Momentum sleeve ────┼→ UPSA-like allocator → 最终组合
Value sleeve ───────┤
News sleeve ────────┘

这个接法的优点是维度从几千只股票降到几个或几十个 sleeves,约束和现有 optimizer 不必重写,收益归因也更清晰。它测试的是「组合不同信号与不同收缩强度能否提升净 IR」,而不是一次性改变全部生产链路。

接法三:在大量 factor portfolios 之间分配

RD-Agent-Quant-arXiv25 一类自动 factor mining 会不断扩大 factor zoo,但历史长度不会同步增长, 因而持续上升。可以先将每个 factor 构造成 factor-mimicking portfolio,再用 UPSA 组合这些 factor returns。论文原始实证正接近这一场景:153 个 anomaly factor portfolios、120 个月 rolling window,而不是数千只受 benchmark 约束的个股。

该接法最符合论文证据,但它优化的是 factor allocator。若 MLP 已经在特征层非线性组合了全部 factors,仍需通过 ablation 判断第二层 UPSA 是提供互补的 portfolio regularization,还是重复 MLP 已完成的 shrinkage。

它可能提高什么,不能提高什么

层面UPSA 可能改善UPSA 不直接改善
预测层MLP alpha 转化为 realized return 的效率factor IC、MLP Rank IC、预测
组合层样本外 IR / Sharpe、同等收益下的 tracking error、权重稳定性、concentration没有预测力时凭空创造 alpha
交易层减少 penalty 跳变导致的极端 turnover;若目标显式含成本,可改善 net IRmarket impact、借券与成交问题,除非把它们写入 objective
风险层降低 covariance 小 eigenvalue 噪声被求逆放大的程度、改善 regime robustness保证任何时点都满足生产风控;仍需完整 constraint check

因此最准确的业务问题不是「UPSA 能不能让 MLP 更准」,而是:在同一组 point-in-time alpha、同一 risk model 和同一 constraints 下,UPSA 能否比当前 optimizer 把相同预测转换成更高的净 IR、更平滑的仓位和更稳定的 tracking error?

关键观察 / 隐含假设

  • 观察 1:不同 ridge penalty 产生的并非同一组合的轻微变体,而是具有可利用异质性的 return streams。

    • 证据:153 个 JKP factors、120 月 rolling window 下,不同 ridge portfolios 的样本外相关最低约为 -2%(图 2);单一 penalty 在时间上又高度不稳定(图 7)。
    • 对现有流程的含义:如果不同 shrinkage levels 的受约束指数增强 portfolios 也存在低相关、互补的误差结构,混合它们可能比 point-select 一个 更稳。
    • 依赖假设:异质性来自可泛化的 eigen-spectrum / expected-return uncertainty,而不是 cross-validation noise。
    • 可能失效场景:若生产 risk model 已经强 shrinkage,且全部候选 高度相关,UPSA 会退化成近似 single ridge,增加一层 ensemble 没有实质收益。
  • 观察 2:为 portfolio objective 选择 shrinkage,优于只让 covariance estimate 在统计意义上更准确。

    • 证据:模拟中,economic ridge 平均 Sharpe 为 0.28,statistical ridge 为 0.22,并在 87% 的 10,000 次模拟中胜出(图 14);允许 nonlinear shrinkage 后,UPSA 平均 Sharpe 升至 0.33,并在 96% 模拟中胜过 economic ridge(图 15)。
    • 对现有流程的含义:生产选择标准应优先是 point-in-time net IR、tracking error、turnover 和 drawdown,而不是 covariance Frobenius error 或 validation IC 单项最优。
    • 依赖假设:训练 objective 与实盘 utility 一致。如果训练用 gross Sharpe、实盘却受交易成本和风控主导,objective alignment 仍然失败。
  • 观察 3:硬删除低方差 PCs 未必稳健,连续 nonlinear reweighting 可能更好。

    • 证据:从 32 PCs 扩到全部 120 PCs 时,ridge Sharpe 从 2.16 降至 1.59(降约 26%),UPSA 从 2.19 降至 1.92(降约 12%);与 infeasible sparse oracle 的相关性分别为 0.72 和 0.81(图 10)。加入 lasso 后,UPSA Sharpe 只从 1.92 升至 1.94,月 turnover 却从 12.4% 升至 19.5%(图 19–21)。
    • 对现有流程的含义:不要仅因某些 factor / risk PCs 样本方差小或统计显著性弱就机械删除;它们可能与 MLP alpha 共同形成有用的低风险方向,更合理的做法是连续缩小 exposure。
    • 依赖假设:低方差方向中确有稳定 premium,而不全是 microstructure noise、risk model misspecification 或不可交易套利。
  • 假设 1:月度 factor returns 可近似 exchangeable / IID,使 LOO utility 成为无偏样本外代理。

    • 证据强度:中。Lemma 4 在 exchangeability 下成立,但真实金融 returns 存在 autocorrelation、volatility clustering 与 regime shift。生产接入应优先使用 blocked / purged walk-forward,而不是随机 LOO。
  • 假设 2:153 个 anomaly factor portfolios 足以代表高维投资组合问题。

    • 证据强度:中。数据覆盖 1971–2022、13 类 factors,并做 size groups 与 60/240/360 月窗口 robustness;但 factor portfolios 比个股平滑,且论文没有 benchmark-relative、风格中性、交易成本和成交约束。

核心方法

第一步:在 PC 空间表示组合

作者对样本二阶矩做 eigen decomposition,把 Markowitz portfolio 写成若干 PC returns 的组合。一般 spectral shrinkage 用 决定第 个 PC 的权重;single ridge 取 ,全部 PCs 共用同一

第二步:用 ridge ensemble 近似 nonlinear shrinkage

UPSA 设定一组 penalty grid ,将多个 以非负权重组合。Lemma 1 证明,只要目标 shrinkage function 满足正性与 matrix-monotone decreasing 等条件,足够宽且密的 ridge grid 能在 compact interval 上一致逼近它。非负权重让 shrunken second-moment matrix 保持 positive definite,并保留风险排序。

直觉上,UPSA 同时持有「更相信数据」「中等怀疑」「高度保守」等多种 ridge views;组合后可以对 spectrum 的不同区域形成不同 shrinkage 强度,而不必训练一般 neural network。

第三步:直接用样本外 portfolio utility 学 ensemble weights

作者对每个 ridge level 做 LOO:每次去掉一个月份,用其余月份训练基础 ridge portfolio,再记录它在被留出月份的 realized return。这样得到 条基础 portfolio 的 pseudo-OOS return series,进而估计它们的样本外均值和二阶矩。最终求 ensemble weights 等价于只在这 个基础 portfolios 上再解一次 Markowitz problem(Lemma 2)。

论文的关键不是「ridge grid 越多越好」,而是把高维资产优化降成低维 portfolio-of-portfolios。图 17 显示约 4 个 grid points 后 Sharpe 已趋于稳定;图 18 显示 3 个以上 grid points 后 turnover 约稳定在 12.5%。

第四步:Bayesian 解释

Single ridge 可解释为投资者对 expected-return uncertainty 采用单一 prior;UPSA 相当于同时保留多个 uncertainty priors,并由数据学习其 mixture。§5.1 和 Appendix B 进一步表明,在 mean / covariance joint uncertainty 的 Normal–Inverse-Wishart mixture 下,posterior Markowitz portfolio 也具有 ridge ensemble 形式。

这个解释对应生产经验:不必每月断言「当前唯一正确的 shrinkage 是 」,而是对若干合理 regularization regimes 保留 exposure,从而降低 hyperparameter selection error。

面向现有流程的最小验证方案

实验原则:只改变 optimizer,不改变 alpha

为了知道收益到底来自哪里,第一轮不要同时改 factor、MLP 和 risk model。固定同一套 point-in-time 数据、同一组 MLP predictions、同一 benchmark、同一 risk model、同一 transaction-cost model 和同一 constraints,仅比较:

  1. Current:现有 production / research optimizer;
  2. Single ridge:用 walk-forward validation 选择一个
  3. UPSA-like:混合多个 对应的受约束 portfolios;
  4. Cost-aware UPSA-like:用扣除成本后的 portfolio returns 学 ensemble weights;
  5. Simple average:等权混合候选 portfolios,检验收益是否只是普通 ensemble effect。

如果 UPSA-like 胜出,才能归因为「相同预测经不同组合映射得到更好 OOS outcome」。若同时更换 MLP 或 factors,就无法区分是 alpha 变好还是 optimizer 变好。

时间切分:不要照搬随机 LOO

论文 LOO 的无偏性依赖 exchangeability,但实盘决策只能使用过去。建议采用 purged / blocked walk-forward:

训练 alpha/risk model → 生成候选 portfolios → 留出未来 block 评价净收益
向前滚动窗口       → 更新 ensemble weights → 下一期真实 OOS

若 label horizon 有重叠,还应 purge 相邻样本并设置 embargo,避免未来收益通过重叠标签泄漏。所有 、ensemble constraints 和 cost parameters 都只能在当时可见数据上确定。

核心指标

  • 预测不变性:各方案使用完全相同的 alpha;IC / Rank IC 理应一致。
  • 收益转化:active return、gross IR、net IR、alpha capture ratio。
  • 风险质量:realized tracking error、ex-ante / ex-post TE ratio、最大回撤、tail loss。
  • 稳定性:单名 concentration、行业/风格 exposure drift、、penalty / ensemble weight jump。
  • 交易可行性:one-way turnover、estimated cost、realized slippage、capacity、short borrow failures。
  • Regime robustness:牛熊、波动率分位、流动性压力期、不同 rebalance frequency 和不同 universe size 下的净 IR。

成功门槛

不应只看全样本 Sharpe 是否多 0.1。更有说服力的标准是:在多个连续 OOS blocks 中,UPSA-like 在不增加 realized TE、constraint violation 和 cost 的前提下稳定提高 net IR;或者在 active return 相近时显著降低 turnover、concentration 与 worst-regime drawdown。还要报告 bootstrap / block-bootstrap confidence interval,避免把一次幸运路径当成方法收益。

设计取舍

  • 取舍 1:表示能力 vs 有限样本风险。 Ridge ensemble 能表达更灵活的 nonlinear shrinkage,但多一层 weights 也多一层 estimation error;grid 过密不一定有益,论文实证约 4 点已饱和。
  • 取舍 2:目标对齐 vs objective misspecification。 直接优化 portfolio utility 优于只优化 covariance error;但若 objective 未含 transaction cost、tracking error、borrow、capacity 与 tail risk,所谓 economic tuning 仍与生产目标错位。
  • 取舍 3:连续 shrinkage vs 可解释 sparsity。 保留全部 PCs、连续降权可减少离散 factor selection 跳变;代价是最终 holdings / factor exposures 不稀疏,风险解释和人工审批可能更困难。
  • 取舍 4:平滑 vs regime response。 混合多个 priors 能降低 penalty jump,却可能在真正 structural break 到来时反应过慢;稳定不是无条件优点。
  • 取舍 5:原论文闭式解 vs 生产约束。 Benchmark-relative、成本与复杂 exposure constraints 会破坏论文最简闭式形式;可行实现通常是「多个受约束 base optimizations + 低维 convex ensemble + 最终 constraint check」。
  • 边界条件: 方法在 factor universe 大、样本相对短、covariance 求逆敏感、候选 shrinkage portfolios 确有异质性时最有价值;若现有 risk model 已强 regularization、MLP alpha 很弱,或 turnover / hard constraints 主导全部决策,增益可能很小。

实验与结果

  • 主表现:153 个 JKP factors、1971–2022、120 月 rolling training、1981–2022 OOS 中,UPSA 年化 Sharpe 1.92,高于 ridge 1.59、PCA 1.45、Ledoit–Wolf 1.31、FF5 1.13 和 CAPM 0.54(图 3)。
  • 显著性:UPSA 相对最接近的 ridge 年化 alpha 为 4.46%,HAC ,pre-2000 与 post-2000 均保持相对领先(图 5)。
  • 定价能力:直接样本外 SDF pricing 的 cross-sectional 67%,ridge 为 39%、PCA 为 22%(图 6);beta-based 替代评测中 UPSA / ridge / PCA / LW 分别为 73% / 63% / 55% / 52%(图 28)。
  • 稳定性与换手:ridge 在多数单月 turnover 较低,但少数 penalty jumps 使其平均 turnover 比 UPSA 高约 30%、标准差近 5 倍(图 8);UPSA grid 超过 3–4 点后 Sharpe 与 turnover 基本稳定(图 17–18)。
  • Regime robustness:NBER recession 中,UPSA Sharpe 从 expansion 的 2.01 降至 1.40(降 30%),ridge 从 1.77 降至 0.83(降 53%);UPSA recession return 18.8%,接近 expansion 的 19.3%(图 29)。
  • Simulation mechanism:固定 covariance、让 expected returns Markov switching 时,UPSA 在 88% 的 10,000 条路径中 Sharpe 更高(均值 0.28 vs 0.24),并在 74% 路径中 turnover 更低(4.4% vs 6.1%,图 16)。

论断—证据表

论断证据评测边界置信度
UPSA 在主样本显著优于 single ridge 与其他 shrinkage baselines图 3、图 5:Sharpe 1.92 vs ridge 1.59;相对 ridge alpha 4.46%,153 个 JKP long–short factor portfolios;120 月 rolling window;1981–2022 OOS;未扣交易成本
收益来自 objective-aligned nonlinear shrinkage,而不只是更好的 covariance fit图 14–15:economic ridge 胜 statistical ridge 87%;UPSA 胜 economic ridge 96%人工三段 eigen-spectrum;;10,000 simulations中强
Ensemble 能减少 point-selected penalty 的极端跳变,并提高 regime 稳定性图 7–9、图 16、图 29月频 factor data 与两状态模拟;没有 production constraints 或 cost-aware training
硬 PC sparsity 对 UPSA 增益很小,但明显增加 turnover图 19–21:Sharpe 1.92→1.94;月 turnover 12.4%→19.5%Sequential lasso、同一 grid 与 LOO;不代表所有 factor selection 方法中强
将 UPSA 接到 MLP + 指数增强 optimizer 会提高净 IR论文没有直接实验;这是基于方法结构的工程推断个股 alpha、benchmark-relative constraints、cost、China / production data 均未覆盖未证实

批判性分析

论证链条

论文自身的主链条较完整:高维 moment estimation 让 plug-in Markowitz 失效 → single ridge 与 proxy-objective shrinkage 限制过强 → ridge basis 可近似 nonlinear spectral rule → LOO utility 估计 ensemble → Sharpe、pricing error、turnover 与 simulations 同方向。图 10–13 还把 spectral behavior 连接到 PC retention、fundamental factor tilts 与 Sharpe decomposition,而不只是给一张 performance table。

但 universal approximation 只说明函数类「能表达」,不保证有限 下「能学对」。Bayesian mixture 也主要是解释框架,并不证明每期 LOO weights 对应稳定、可审计的真实 prior。论文用 grid sensitivity 和 simulations 缓解这些疑问,却没有 generalization bound。

假设压力测试

从 factor mean 到 MLP alpha 的替换。 原论文根据历史 factor returns 的 mean / second moment 建 portfolio;生产流程用 conditional、cross-sectional MLP prediction。把 换成 后,alpha calibration error、model drift 与 covariance error 会交互,论文 theorem 和 empirical numbers不能直接搬用。必须以同 alpha 的 optimizer-only ablation 重新验证。

从 unconstrained factor portfolio 到指数增强。 原论文没有 benchmark weights、industry/style neutrality、tracking error、turnover、borrow 和 liquidity constraints。约束可能让不同 得到的 candidates 高度相似,也可能让 ensemble 后违反非线性 risk/cost limits。线性 convex constraints 较容易保留,其他约束必须重新验算或 projection。

时间依赖。 Lemma 4 依赖 exchangeability,真实 returns 和 alpha residuals 有 autocorrelation、volatility clustering、regime shift 与 overlapping labels。随机 LOO 可能高估稳定性;blocked / purged walk-forward 是更可信的生产替代。

已有 risk model 的边际空间。 工业 risk model 往往已经做 factor structure、specific-risk shrinkage、Bayesian adjustment 和 exposure constraints。若这些组件已抑制小 eigenvalue instability,UPSA 相对 current optimizer 的增益可能远低于论文相对 naive ridge 的增益。

实验可信度

论文强项是 41 年 OOS、baseline 覆盖 ridge / nonlinear covariance shrinkage / PCA / FF5 / CAPM,并系统检查 window、size group、grid、lasso、business cycle 与 simulations。主结果同时报告 Sharpe、alpha、pricing 、turnover 和 regime breakdown,能支持「不是单一 metric 偶然胜出」。

主要缺口是 test assets 与训练 universe 同为 153 个 JKP factors,只有 time-OOS,没有真正 asset-OOS;同时没有 transaction cost、market impact、leverage、drawdown 和 live execution。Factor portfolios 比个股平滑,也弱化了 microstructure 与 capacity 问题。因此 1.92 vs 1.59 是方法潜力,不是指数增强实盘的预期 uplift。

系统性缺陷

生产实现需要同时版本化 alpha、risk model、ridge grid、candidate portfolios、ensemble weights、constraints 和 cost model;否则收益归因不可审计。多层 optimizer 还增加 latency、failure recovery 与 monitoring:某个 求解失败如何降级、weights 异常集中如何熔断、regime shift 时多久更新、final projection 是否吞掉理论收益,论文均未讨论。

正 ensemble weights 只约束 ridge portfolios 的组合,不代表最终个股 long-only,也不自动限制 gross exposure。UPSA 的平滑性可能减少噪声交易,也可能延迟响应真实 structural break;上线应保留 current optimizer fallback、weight-change cap 和 shadow deployment。

局限与后续工作

  • 局限 1:论文不是 MLP alpha + constrained index enhancement 研究;对现有流程的价值必须通过 optimizer-only experiment 重新建立,不能引用论文 Sharpe uplift 作为上线预期。
  • 局限 2:主证据来自 153 个 JKP factor portfolios,未覆盖个股、A 股、国际市场、日频/高频和独立 test universe。
  • 局限 3:LOO 的 exchangeability 假设不适合直接照搬到有 overlapping labels 与 regime dependence 的金融时序。
  • 局限 4:objective 未含 transaction cost、market impact、tracking error、borrow、capacity、tail risk 和 production constraints;gross Sharpe 不等于 deployable net IR。
  • 局限 5:论文声称 closed-form / scalable,但没有 runtime、peak memory、solver failure rate 和带复杂 constraints 的 scaling benchmark。
  • 后续工作 1:固定同一 MLP alpha 与 risk model,在 current / single-ridge / equal-ensemble / UPSA-like / cost-aware UPSA-like 五组 optimizer 上做 purged walk-forward,报告多 OOS blocks 的 net IR confidence interval。
  • 后续工作 2:分别在 stock-level、model-sleeve-level 与 factor-portfolio-level 接入,比较收益、复杂度和归因清晰度;优先用低维 sleeve allocator 做 shadow pilot。
  • 后续工作 3:将 transaction cost、gross exposure 与 tracking-error penalty 写入 ensemble training,并验证 final projection 前后的 objective loss 与 constraint violations。
  • 后续工作 4:按 universe size 与 history length 扫描 ,定位 UPSA 开始稳定胜过 current optimizer 的复杂度阈值,而不是假设所有规模都有效。
  • 后续工作 5:在 volatility / liquidity regimes 下监控 ensemble entropy、candidate correlation 与 penalty jumps,建立「退化为 single ridge」和「切回 production baseline」的机器判定条件。

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