Machine learning and econometric applications for increasing profitability and efficiency: a case study on sustainable production and trade in agro-based industries

• Autores: María Eugenia Pérez Pons
• Directores de la Tesis: Juan Manuel Corchado Rodríguez (dir. tes.) , Javier Parra Domínguez (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Salamanca ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ana Belén Gil González (presid.) , Paulo Novais (secret.) , Florentino Fernández Riverola (voc.)
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• Resumen
  • español

    Se espera que en 2050 la población mundial haya alcanzado los 9 000 millones de personas. El crecimiento de la población a nivel mundial va a dar lugar a un crecimiento en la demanda de productos de consumo derivados de la agricultura. Es por ello que se espera que la producción agrícola incremente alrededor de un 70\% a nivel mundial. Las aplicaciones tecnológicas en agricultura en los últimos años han permitido aumentar la producción y contribuir a la reducción de la contaminación, utilizar de forma sostenible los recursos naturales, prever costes, mitigar riesgos e incluso poder anticiparse a una potencial quiebra. En este sentido, uno de los retos de los próximos años a nivel global es diseñar metodologías que permitan a las empresas del sector agropecuario ser más eficientes y sostenibles independientemente del índice de desarrollo tecnológico de la región en la que se encuentren.

    En esta investigación, tomando como caso de estudio el sector agropecuario, se ha diseñado y validado una metodología modular que combina algoritmos de aprendizaje automático y modelos econométricos orientada a la mejora de la gestión de los recursos, permitir a las empresas más competitivas y sostenibles para fomentar su inversión. Para desarrollar la metodología se han llevado a cabo tres experimentos. El primer experimento se ha orientado a medir la eficiencia de recursos a partir de un método no paramétrico para la estimación de las fronteras de producción en el que se han incorporado los costes derivados de las transferencias de datos, permitiendo identificar las fronteras de producción más óptimas teniendo en cuenta los costes tecnológicos. Para el segundo experimento se ha diseñado un sistema multi-agente para predecir oscilaciones de los precios en los mercados de futuros en productos derivados del sector agropecuario. El sistema multi-agente se ha diseñado como un sistema de apoyo a la toma de decisiones en el que los potenciales compradores o vendedores pueden incorporar parámetros de impacto medioambiental. Finalmente, el último experimento consiste en el diseño de una metodología de razonamiento basado en casos para la recomendación de inversión en una empresa. El último experimento permite incorporar capital a las empresas del sector agropecuario para que estas puedan invertir en tecnología. Además, se ha implementado una mejora sobre tercer experimento en el que se ha podido incrementar el rendimiento del sistema de recomendación de inversiones para las situaciones en las clases no están balanceadas.

  • English

    By 2050, the world population is expected to reach 9 billion people. Global population growth will lead to an increase in consumer demand for products derived from agriculture. As a result, agricultural production is expected to increase by approximately 70% worldwide. Over the last years, technological applications have made it possible to increase agricultural production and contribute to reduce pollution, the sustainable use of natural resources, cost forecast, risk mitigation and even potential bankruptcy anticipation. In this regard, one of the global, near-future challenges is designing methodologies that enable companies in the agricultural sector to be more efficient and sustainable regardless of the technological development index of the region in which they are located. In this research, taking the agricultural sector as a case study, has been designed and validated a modular methodology that combines machine learning algorithms and econometric models aimed at improving the management of resources, allowing companies to be more competitive and sustainable in order to encourage their investment. To develop the methodology, three experiments were carried out. The first experiment was aimed at measuring resource efficiency based on a non-parametric method for estimating production frontiers in which the costs derived from data transfers were incorporated, making it possible to identify the most optimal production frontiers taking into account technological costs. For the second experiment, a multi-agent system has been designed to predict price variations in futures markets for agricultural products. The multi-agent system is been designed as a decision support system in which potential buyers or sellers can incorporate environmental impact parameters. Finally, the last experiment consists of the design of a case-based reasoning methodology for the recommendation of investment in a company. The last experiment enables the incorporation of investment of capital to companies in the agricultural sector. In addition, to increase the performance of the investment recommender system an improvement has been implemented in the third experiment. This improvement has made it possible for the system’s classification element to compare different evaluation metrics in situations where the data labels are not balanced.