Metodolog´ıa de an´alisis de relevancia de variables financieras en b´usqueda de escenarios de eficiencia: Aplicaci´on a las MIPYMES Genaro Daza Santacoloma Universidad Tecnol´ogica de Pereira Facultad de Ciencias Empresariales Maestr´ıa en Administraci´on Econ´omica y Financiera Pereira
2019
Metodolog´ıa de an´alisis de relevancia de variables financieras en b´usqueda de escenarios de eficiencia: Aplicaci´on a las
MIPYMES
Genaro Daza Santacoloma Tesis para optar al grado de Mag´ıster en Administraci´on Econ´omica y Financiera Director Prof. Sandra Estrada Mej´ıa Universidad Tecnol´ogica de Pereira Facultad de Ciencias Empresariales Maestr´ıa en Administraci´on Econ´omica y Financiera Pereira
2019
Financial Feature Relevance Analysis Methodology for Searching Efficient Scenarios: Application to MSMEs Genaro Daza Santacoloma Thesis for the degree of Master in economic and financial management Advisor Prof. Sandra Estrada Mej´ıa Universidad Tecnol´ogica de Pereira Faculty of Business Studies Pereira
2019
´Indice general ´Indice general I ´Indice de tablas
III
´Indice de figuras IV Agradecimientos V Resumen VI Abstract
VII
1. Introducci´on
1
2. Objetivos
5
2.1. Objetivo general
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.2. Objetivos espec´ıficos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
3. An´alisis de frontera eficiente
6
3.1. Concepto de eficiencia
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
3.1.1.
Eficiencia t´ecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.1.2.
Eficiencia precio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.1.3.
Eficiencia global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
3.2. An´alisis envolvente de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
3.2.1.
Orientaci´on del modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
3.2.2.
Tipolog´ıa de los rendimientos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
3.3. Modelo DEA-CCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.3.1.
Fijaci´on de referencias para la mejora en DEA . . . . . . . . . . . .
13
3.4. Modelo DEA-BCC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.5. Modelo DEA aditivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
3.6. Discusi´on y consideraciones acerca de DEA . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
4. An´alisis de correlaci´on can´onica
18
5. Evaluaci´on comparativa por proyecci´on de distancia m´ınima
21
i
´INDICE GENERAL
6. Metodolog´ıa
25
6.1. Preproceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
6.2. Evaluaci´on de eficiencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
6.3. Relevancia de variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
6.4. Evaluaci´on comparativa por proyecci´on de distancia m´ınima
. . . . . . . .
29
7. Experimentaci´on
30
7.1. Datos empleados
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.2. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
7.2.1.
Resultados de eficiencia
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
7.2.2.
Resultados de relevancia de variables . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
7.2.3.
Resultados de evaluaci´on comparativa por proyecci´on de distancia m´ınima
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
7.3. Discusi´on de los resultados y consideraciones pr´acticas
. . . . . . . . . . .
48
8. Conclusiones
50
9. Trabajo futuro
52
Bibliograf´ıa
53
ii
´Indice de tablas
3.1. Reemplazos duales
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
7.1. Variables de entrada y salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
7.2. Cantidad de empresas peque˜nas por sector . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.3. Variables removidas en conjunto de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.4. Dimensiones de los conjuntos de datos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.5. Descripci´on de las variables en el sector C22. . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
7.6. Descripci´on de las variables en el sector C14. . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
7.7. Cantidad y porcentaje de DMUs eficientes, para C22
. . . . . . . . . . . .
33
7.8. Cantidad y porcentaje de DMUs eficientes, para C14
. . . . . . . . . . . .
36
7.9. Relevancia de variables para el conjunto de datos C22 . . . . . . . . . . . .
40
7.10. Relevancia de variables para el conjunto de datos C14 . . . . . . . . . . . .
41
7.11. Cantidad de DMUs eficientes seleccionadas como referencia . . . . . . . . .
41
7.12. Empresas ineficientes para evaluaci´on comparativa . . . . . . . . . . . . . .
45
7.13. Evaluaci´on comparativa, conjunto C22
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
7.14. Evaluaci´on comparativa, conjunto C14
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
iii
´Indice de figuras 3.1. Eficiencia t´ecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.2. Eficiencia precio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.3. Orientaci´on del modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.4. Fronteras seg´un tipolog´ıa de rendimientos
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
5.1. Proyecci´on de distancia m´ınima - MDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
6.1. Esquema metodol´ogico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
6.2. Distribuci´on de probabilidad de las im´agenes de CCA . . . . . . . . . . . .
28
7.1. Evaluaci´on de eficiencia para el conjunto de datos C22
. . . . . . . . . . .
34
7.2. Evaluaci´on de eficiencia para el conjunto de datos C14
. . . . . . . . . . .
35
7.3. Relaci´on de entradas con eficiencia para CCR-IO, conjunto C22
. . . . . .
36
7.4. Selecci´on del n´umero de variables relevantes
. . . . . . . . . . . . . . . . .
37
7.5. Relaci´on de entradas con eficiencia para CCR-OO, conjunto C22 . . . . . .
38
7.6. Relaci´on de entradas con eficiencia para BCC-IO, conjunto C22
. . . . . .
38
7.7. Relaci´on de entradas con eficiencia para BCC-OO, conjunto C22 . . . . . .
39
7.8. Relaci´on de entradas con eficiencia para Aditivo, conjunto C22 . . . . . . .
39
7.9. Selecci´on de las DMUs eficientes de referencia
. . . . . . . . . . . . . . . .
42
7.10. Distribuciones estimadas, conjunto C22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
7.11. DMUs eficientes seleccionadas, conjunto C22 . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
iv
Agradecimientos Gracias a Dios por cada meta cumplida.
Deseo expresar mi gratitud a mi directora, Prof.
Sandra Estrada, por su acompa˜namiento y motivaci´on para realizar esta investigaci´on. Deseo agradecer al ingeniero Jairo Casta˜neda por su ayuda y consejos de implementaci´on inform´atica. Muchas gracias a mi gran amigo el Prof. Luis Gonzalo S´anchez del colegio de ingenier´ıa de la Universidad de Kentucky con quien pude tener una interesante discusi´on acad´emica acerca de estrategias de optimizaci´on.
v
Resumen En Colombia, las micro, peque˜nas y medianas empresas (MIPYME) son el 96,4 % del parque empresarial nacional, generan el 80 % del empleo total y contribuyen con el 35 % del PIB. Por esta raz´on, es primordial avanzar en el desarrollo de herramientas, para este grupo de empresas, que les permita mejorar sus capacidades administrativas y financieras. As´ı, las MIPYMEs deben emplear mecanismos de evaluaci´on y an´alisis que les permitan cuantificar su eficiencia, y m´as a´un, identificar las variables e interacciones, que contribuyen en el incremento la eficiencia.
En condiciones pr´acticas, es un problema vigente establecer los objetivos de intervenci´on, sobre las variables financieras, que les permitan a las empresas conseguir mejores resultados en sus procesos. En tal sentido, en este trabajo se presenta el desarrollo de una metodolog´ıa de an´alisis de relevancia de variables financieras por medio de la combinaci´on de t´ecnicas de an´alisis de frontera eficiente con t´ecnicas de aprendizaje de m´aquina.
La metodolog´ıa desarrollada en este documento se soporta en tres fases principales. La primera fase consiste en el c´alculo de la eficiencia relativa de un conjunto de empresas, representadas a trav´es de variables de entrada y salida, empleando an´alisis envolvente de datos (DEA). En la segunda fase se determina cu´ales de las variables de entrada tienen mayor relaci´on con la eficiencia calculada, estableciendo un conjunto reducido de variables relevantes, lo cual se realiza mediante el an´alisis de correlaci´on can´onica (CCA). Finalmente, en la tercera fase, proponemos un novedoso m´etodo de evaluaci´on comparativa, denominado proyecci´on de distancia m´ınima (MDM), el cual posibilita calcular los valores de cambio para cada una de las variables (relevantes) de las empresas ineficientes, de manera que ´estas puedan asemejarse al conjunto de empresas eficientes. vi
Abstract In Colombia, the micro, small, and medium enterprises (MSME) are the 96,4 % of the whole national firms, they produce the 80 % of the total work and the 35 % of the GDP. That is why, it is primordial to develop tools for improving administrative and financial capabilities of the MSME. In this sense, the MSMEs should use assessment mechanisms for quantifying their efficiency and, moreover, identifying the variables and interactions that helps to the increase of the efficiency.
Under practical constraints, it is still a problem to determine the intervention targets for the financial variables that allow to outperform the enterprise process. Then, in this work is developed a financial feature relevance analysis methodology by means of combining efficient frontier analysis and machine learning techniques.
The proposed methodology is based on three main stages. The first stage consists in computing the relative efficiency for a set of firms represented by both input and output variables. The efficiency is computed using Data Envelopment Analysis (DEA). In the second stage, the variables having a greater relationship with the computed efficiency are established, which produces a reduced set of relevant features. This procedure is carry out by means of Canonical Correlation Analysis (CCA). Finally, in the third stage, we propose a novel benchmarking method, that we named Minimum Distance Mapping (MDM), which allow to calculate, for the inefficient firms, the amount of change that each one of the relevant variables requires, in order to achieve to be as the efficient firms. vii
Cap´ıtulo 1 Introducci´on En Colombia, las micro, peque˜nas y medianas empresas (MIPYME) son el 96,4 % del parque empresarial nacional (92.6 % microempresas y 3.8 % son peque˜nas y medianas empresas), las MIPYMEs generan el 80 % del empleo total y contribuyen con el 35 % del PIB [Espinosa et al.2015,Dinero2017]. Es fundamental brindar, a este grupo de empresas, capacidades administrativas y sobre todo financieras, para que su trabajo (producci´on o servicios) se realice de manera adecuada y logren generar valor. Como es sabido, las empresas m´as exitosas est´an permanentemente mejorando sus productos y servicios a trav´es de procesos de innovaci´on, pero tambi´en a trav´es de la revisi´on constante de sus modelos administrativos y financieros, permiti´endoles aprovechar al m´aximo los recursos disponibles. As´ı pues, las empresas exitosas est´an en b´usqueda de la eficiencia.
Adicionalmente, el objetivo fundamental de las empresas de lucro es generar constantemente m´as recursos financieros, por lo cual la evaluaci´on del cumplimiento de ese objetivo es un elemento esencial de la gesti´on financiera y administrativa. Las MIPYMEs deben analizar sus condiciones y entorno financiero para no tener dificultades por falta de capacidad para la obtenci´on de recursos financieros, es decir, las MIPYMEs deben emplear mecanismos de evaluaci´on que les permitan cuantificar la eficiencia, y m´as a´un, identificar las variables y los mecanismos que contribuyen en el incremento la misma. A partir del registro de los estados financieros se puede construir un conjunto de indicadores que ayudan a interpretar de forma concisa la situaci´on financiera de la empresa. Estos indicadores son principalmente de cuatro tipos: apalancamiento, liquidez, rentabilidad y eficiencia. En principio, los indicadores financieros pueden dar una idea de las situaciones que ocurren al interior de la empresa, de su estado de endeudamiento, de su capacidad de producci´on, de su posibilidad de generar recursos, etc., sin embargo, el an´alisis no articulado de tales indicadores puede llevar a la toma de decisiones parcializada e inclusive contradictoria. As´ı, el problema al trabajar con los indicadores es que estos observan la empresa por partes y no la consideran un todo [Feroz et al.2003, Fenyves et al.2015,Hui et al.2015]. Asimismo, en [Jakub et al.2015] se se˜nala que indicadores como MVA y EVA han sido preponderantes en las empresas para la evaluaci´on de la efectividad de las actividades del negocio.
Con el fin de interpretar de una manera integral los resultados de la empresa, desde hace ya varias d´ecadas, se han propuesto indicadores generalizantes para evaluar el valor
1. INTRODUCCI ´ON
o la capacidad de generaci´on de valor de la empresa, tales como: el beneficio antes de intereses e impuestos (EBIT - Earnings Before Interest and Taxes), el beneficio antes de intereses, impuestos, depreciaci´on y amortizaci´on (EBITDA - Earnings before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization) [M´endez2007], valor de mercado agregado (MVA
- Market Value Added) [Lee and Kim2009], el valor econ´omico agregado (EVA - Economic
Value Added) [O’Hanlon and Peasnell1998], entre otros. Por otra parte, tambi´en se han formulado metodolog´ıas para determinar la eficiencia de la actividad empresarial, tales como: an´alisis envolvente de datos (DEA - Data Envelopment Analysis) [Ray2004], y el an´alisis estoc´astico de frontera (SFA - Stochastic Frontier Analysis) [Khalil et al.2015]. En tal sentido, varias investigaciones han comparado los resultados de las metodolog´ıas basadas en beneficios (EBIT y EBITDA) contra las metodolog´ıas de valor agregado (MVA y EVA). As´ı, en [Biddle et al.1997] se asegura que los componentes del EVA se agregan s´olo marginalmente a la informaci´on contenida m´as all´a de los beneficios, y que los indicadores basados en beneficios est´an m´as altamente asociados con los retornos y con el valor de la compa˜n´ıa que el resultado de EVA. Por el contrario, en investigaciones m´as recientes, algunos autores defienden la postura que te´oricamente el indicador EVA es superior a los indicadores convencionales (EBIT y EBITDA) debido a que ´este considera el costo total del capital, incluyendo el costo del patrimonio, adem´as es una medida de la utilidad econ´omica pura [de Wet2005,Shil2009,Saha et al.2016,Feltham et al.2004]. Por otra parte, tanto EVA como DEA han sido empleados para evaluar la eficiencia del capital, y en [Shi2012] se se˜nala que DEA refleja de mejor manera la eficiencia del capital, y que los resultados que arroja EVA pueden ser enga˜nosos y llevar a decisiones de inversi´on inadecuadas. Esta frase es tambi´en soportada por [Hui et al.2015] donde se expresa que el EVA de las compa˜n´ıas puede estar subestimado llevando a decisiones de inversi´on inapropiadas. En concordancia con estas opiniones, en este trabajo la evaluaci´on del desempe˜no se desarrolla a trav´es de t´ecnicas de an´alisis de frontera eficiente, que reflejan el potencial de la empresa para maximizar las utilidades, dadas una entradas determinadas.
Con relaci´on a DEA, se puede decir que es la t´ecnica de an´alisis de eficiencia m´as empleada, debido a que su implementaci´on es sencilla, la interpretaci´on de sus resultados es natural, y adem´as porque es un modelo no param´etrico. En la literatura se ha planteado que uno de sus inconvenientes radica en que esta t´ecnica no establece medidas, asociaciones estad´ısticas o relaciones de causalidad entre las variables de entrada y salida [Sexton et al.1986]. Sin embargo, tal afirmaci´on puede ser parcialmente cierta, dado que se conoce un esquema de trabajo en el que se emplea DEA como estrategia, no solo para identificar las variables m´as significativas en el logro de la eficiencia de cada empresa, sino tambi´en para establecer los valores ideales de tales variables, de forma que la empresa pueda ser eficiente [Serrano and Blasco2000], a esto se le conoce como evaluaci´on comparativa o benchmarking-DEA. La dificultad con el uso de benchmarking-DEA es que la identificaci´on de las variables relevantes (y sus valores de cambio) s´olo puede hacerse bajo la hip´otesis que la empresa logra la eficiencia t´ecnica relativa m´axima, lo cual, en condiciones pr´acticas, cotidianas y reales puede ser inalcanzable.
Adicionalmente, tambi´en se han formulado alternativas basadas en an´alisis de correlaci´on y regresi´on sobre las variables de entrada [Nataraja and Johnson2011,Shi2012], y la articulaci´on con m´etodos heur´ısticos de b´usqueda secuencial por agregaci´on o remoci´on
1. INTRODUCCI ´ON
de variables de entrada [Wagner and Shimshak2007]; estas alternativas permiten establecer la pertinencia de las variables de entrada para que sean consideradas durante el an´alisis y as´ı mejorar la eficiencia.
En s´ıntesis, la literatura se˜nala argumentos contradictorios (en favor y en contra) de cada una de las propuestas metodol´ogicas de evaluaci´on de desempe˜no financiero o de eficiencia del capital, y adicionalmente, en las propuestas metodol´ogicas de evaluaci´on de eficiencia financiera, encontradas en el estado del arte, es un problema vigente la identificaci´on de las variables de entrada y la medida en que ´estas deben ser intervenidas, en condiciones pr´acticas, para obtener mejores resultados sobre las variables de salida, mejorando de esta forma el nivel de eficiencia de la empresa.
Por todas las razones expuestas, en este trabajo se presenta una metodolog´ıa que permite identificar cu´ales variables de entrada, y en qu´e proporci´on estas variables, deben ajustarse para lograr un efecto positivo sobre la eficiencia, aplicado a casos pr´acticos de empresas PYMEs.
La metodolog´ıa desarrollada en este documento se soporta en tres fases principales:
1. Evaluaci´on de eficiencia: A partir de un grupo de empresas de condiciones
semejantes, es decir, de igual sector econ´omico y con cantidad similar de activos totales (tama˜no empresarial), para las cuales se conoce un conjunto de variables financieras de entrada y salida, se realiza el c´alculo de la eficiencia empleando an´alisis envolvente de datos (DEA), de manera que sea posible clasificar las empresas en eficientes e ineficientes.
2. Relevancia de variables: Con las variables de entrada y las etiquetas de eficiencia,
se realiza an´alisis de correlaci´on can´onica (CCA - Canonical Correlation Analysis) para determinar cu´ales de las variables de entrada originales tienen mayor relaci´on con la eficiencia de las empresas. Adicionalmente, CCA permite establecer un conglomerado de empresas eficientes y/o cuasi-eficientes, que sirvan como base de referencia y ejemplo para las empresas ineficientes.
3. Evaluaci´on comparativa: Busca establecer los valores de cambio para cada
una de las variables relevantes de una empresa ineficiente, de manera que la empresa ineficiente pueda asemejarse al conglomerado de empresas eficientes y/o cuasi-eficientes. Para lograr este prop´osito, en este trabajo y como factor de novedad, se propone el m´etodo de proyecci´on de distancia m´ınima (MDM - Minimum Distance Mapping), el cual consiste en proyectar en el espacio de variables relevantes la empresa ineficiente sobre la envolvente convexa determinada por el conglomerado de empresas eficientes y/o cuasi-eficientes.
La estructura de este documento es la siguiente: El cap´ıtulo 2 presenta el objetivo general y los objetivos espec´ıficos de esta investigaci´on. El cap´ıtulo 3 presenta los fundamentos te´oricos del an´alisis de frontera eficiente, mayoritariamente tomados del libro [Serrano and Blasco2000], explicando los conceptos de eficiencia y el c´alculo del an´alisis envolvente de datos (DEA). El cap´ıtulo 4 brinda la base te´orica del an´alisis de correlaci´on can´onica (CCA), el cual es una recopilaci´on y simplificaci´on del art´ıculo [Uurtio et al.2018]. En el cap´ıtulo 5 proponemos y formulamos la estrategia de evaluaci´on comparativa para las
1. INTRODUCCI ´ON
empresas ineficientes por medio del m´etodo que hemos denominado proyecci´on de distancia m´ınima (MDM). El cap´ıtulo 7 contiene el marco experimental, donde se presentan y discuten los resultados del m´etodo propuesto sobre bases de datos de un conjunto de empresas. El cap´ıtulo 8 exhibe las conclusiones del trabajo y finalmente el cap´ıtulo 9 presenta el trabajo futuro que se puede desprender de esta investigaci´on.
Cap´ıtulo 2 Objetivos
2.1.
Objetivo general Desarrollar una metodolog´ıa de an´alisis de relevancia de variables financieras por medio de la combinaci´on de t´ecnicas de an´alisis de frontera eficiente con t´ecnicas de aprendizaje de m´aquina para la proyecci´on de observaciones en espacios de dimensi´on reducida, que permita establecer las variables que se deben intervenir en pro de optimizar la eficiencia de las empresas.
2.2.
Objetivos espec´ıficos
– Calcular la eficiencia de un conjunto de empresas que pertenecen a un mismo sector
de la econom´ıa aplicando t´ecnicas de an´alisis de frontera eficiente que permita categorizar o etiquetar las empresas (observaciones) evaluadas seg´un su nivel de eficiencia.
– Determinar, empleando t´ecnicas de aprendizaje de m´aquina, una proyecci´on de las
observaciones de un espacio de caracter´ısticas (variables de entrada) a un espacio de dimensi´on reducida en el cual las observaciones se agrupan seg´un su etiqueta de eficiencia.
– Establecer las variables m´as relevantes, que se deben intervenir en pro de optimizar
la eficiencia de la empresa, empleando una funci´on de traslaci´on de una observaci´on del agrupamiento de menor eficiencia al agrupamiento de mayor eficiencia dentro del espacio de dimensi´on reducida, sujeta a las restricciones de las variables originales.
Cap´ıtulo 3 An´alisis de frontera eficiente El an´alisis de frontera es una medida cuantitativa, determinada objetivamente, que remueve los efectos de los precios de mercado y otros factores ex´ogenos que influencian el desempe˜no observado; este an´alisis permite la incorporaci´on de m´ultiples entradas y salidas para medir el desempe˜no y proveer una valor de referencia, i.e. la frontera, contra la cual los competidores (empresas) pueden identificar regiones de mejores y peores pr´acticas asociadas con la medida de desempe˜no. As´ı, el an´alisis de frontera permite a los administradores identificar la brecha entre su desempe˜no actual y el desempe˜no ´optimo [Assaf and Josiassen2016].
3.1.
Concepto de eficiencia La eficiencia es un concepto bastante usado en la econom´ıa. En general, el concepto b´asico de eficiencia en econom´ıa se refiere a la relaci´on entre entrada y salida o costos y beneficios [Shi2012]. Cuando el concepto de eficiencia es aplicado a una empresa, se˜nala si la empresa obtiene el m´aximo rendimiento de sus recursos, o si una cierta cantidad de rendimiento se logra a un costo m´ınimo.
La eficiencia es la capacidad para realizar o cumplir adecuadamente una funci´on, es decir, cumplir un objetivo optimizando los recursos disponibles. Cuando se habla de la eficiencia de una empresa, usualmente nos referimos al ´exito en producir tanto como sea posible de una salida a partir de un conjunto de entradas dadas [Farrell1957]. Sin embargo, la eficiencia tambi´en puede lograrse al disminuir tanto como sea posible las entradas, sin sacrificar la cantidad de producci´on de la salida.
La medici´on de la eficiencia permite entonces proporcionar una base objetiva para evaluar el desempe˜no y la administraci´on. El resultado en el nivel m´as alto de eficiencia (por ejemplo, el m´aximo beneficio posible) proporciona un est´andar absoluto para la gesti´on por objetivos [Ray2004].
Para establecer la eficiencia de las empresa son generalmente tenidos en cuenta 3 supuestos b´asicos [Serrano and Blasco2000]:
1. Se conoce la funci´on de producci´on eficiente.
2. Las empresas operan bajo condiciones de rendimientos constantes a escala, es decir, el
incremento porcentual de la salida es igual al incremento porcentual de las entradas.
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
3. Mayores incrementos en las entradas por unidad de salida corresponden con
eficiencias t´ecnicas m´as baja.
Sin embargo, estos supuestos pueden relajarse considerando rendimientos crecientes y decrecientes a escala.
Por otra parte, existen diferentes puntos de vista de la eficiencia y diferentes descripciones te´oricas; en tal sentido, podemos encontrar: la eficiencia t´ecnica, la eficiencia precio y la eficiencia global.
3.1.1.
Eficiencia t´ecnica La eficiencia t´ecnica refleja la capacidad de una empresa para obtener la m´axima salida a partir de un conjunto dado de entradas.
Suponga que se tienen 4 unidades de toma de decisi´on (DMU – Decision Making Unit) o empresas, que se denominar´an A, B, C y D. Cada DMU tiene una ´unica salida y que requiere de dos entradas x1 y x2. Considerando la Figura 3.1, en la cual cada punto representa las coordenadas del plan de producci´on observado para cada una de las DMU. La curva isocuanta dada por II’ corresponde a las DMU eficientes, tal que las DMU que est´en por encima de esta curva resultan ser ineficientes. Se pude ver que las DMUs B y D son ineficientes t´ecnicamente. Ambas DMU podr´ıan reducir la cantidad de entradas consumidas y seguir produciendo una unidad de salida. La ineficiencia de estas DMU est´a dada por la distancia B’B y D’D, respectivamente. Por otra parte, las DMUs A y C son t´ecnicamente eficientes puesto que operan sobre la curva isocuanta eficiente. A B C D D' B' I I' x2 / y x1 / y Figura 3.1: Eficiencia t´ecnica Dado lo anterior, puede obtenerse el valor de eficiencia relativa como la relaci´on entre la longitud de la l´ınea que va desde el origen hasta el punto de intersecci´on y la longitud de la l´ınea que une el origen con la DMU considerada. El punto de intersecci´on corresponde a punto de cruce entre la frontera eficiente y la recta que une el origen con la DMU
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
respectiva. Para la empresa B si tiene:
ETB=dist (O, B′) dist(O, B)
(3.1)
donde ETB es la eficiencia t´ecnica de B y dist (·, ·) es la distancia entre los puntos. De la ecuaci´on (3.1), la eficiencia t´ecnica s´olo puede tomar valores comprendidos entre cero y uno. Un valor cercano a cero significa que la DMU evaluada est´a muy lejos de la curva isocuanta eficiente y por tanto se trata de una DMU t´ecnicamente ineficiente. Lo contrario ocurre cuando la eficiencia t´ecnica est´a cerca a uno, caso de A y C.
3.1.2.
Eficiencia precio La eficiencia de precio se refiere a la capacidad de la DMU para usar las distintas entradas en proporciones ´optimas dados sus precios relativos. En la Figura 3.2 se presenta la l´ınea PP’, llamada l´ınea isocoste; la pendiente de esta l´ınea presenta la relaci´on entre los precios de las entradas x1 y x2.
A B C D D' A'' I I' x2 / y x1 / y D'' P' P Figura 3.2: Eficiencia precio Como se mencion´o antes, las DMUs A y C presentan eficiencia t´ecnica porque operan sobre la curva isocuanta. Sin embargo, como puede verse en la Figura 3.2, s´olo la DMU C resulta ser tambi´en eficiente en precios, mientras que la DMU A debe reducir los precios totales en la distancia A”A, o alternativamente en la proporci´on
1 −dist (O, A′′)
dist (O, A)
· 100.
El valor de eficiencia precio se obtiene como la relaci´on entre la longitud de la l´ınea que va desde el origen hasta el punto proyectado sobre la curva isocoste y la longitud de
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
la l´ınea que va desde el origen hasta el punto proyectado sobre la curva isocuanta. Por ejemplo para la DMU A se tiene, EPA = dist (O, A′′) dist (O, A) ,
(3.2)
donde EPA es la eficienca precio de A.
EP puede tomar valores comprendidos entre cero y uno, y mientras m´as lejos se est´e de uno se considerer´a que la DMU es m´as ineficiente en precios.
3.1.3.
Eficiencia global La eficiencia global, tambi´en llamada eficiencia econ´omica, se obtiene mediante el cociente entre la longitud de la l´ınea que va desde el origen hasta el punto proyectado sobre la l´ınea isocoste eficiente y la longitud de la l´ınea que va desde el origen hasta el punto que representa la DMU considerada. Por ejemplo, considere la DMU D de la Figura 3.2, la eficiencia global est´a dada por:
EGD = dist (O, D′′) dist (O, D) .
(3.3)
La eficiencia global, expresada en la ecuaci´on (3.3), se puede descomponer como: EGD = dist (O, D′) dist (O, D) · dist (O, D′′) dist (O, D′) .
(3.4)
La ecuaci´on (3.4) significa que la eficiencia global es igual al producto de la eficiencia t´ecnica y la eficiencia precio, y su valor est´a comprendido entre cero y uno. En este trabajo en particular, las eficiencias calculadas ser´an eficiencias t´ecnicas, debido a que el c´alculo de la eficiencia precio y por ende de la eficiencia global requiere de un conocimiento a priori de los precios (ponderaci´on) de las entradas y las salidas, que para los casos a analizar no est´an disponibles.
3.2.
An´alisis envolvente de datos El an´alisis envolvente de datos (DEA) es un m´etodo no param´etrico para medir la eficiencia de unidades de toma de decisi´on (DMU), tales como una empresa o una agencia estatal. En un principio los modelos DEA fueron empleados para evaluar la eficiencia relativa de organizaciones sin ´animo de lucro, pero su practicidad, popularidad y versatilidad, permiti´o que su uso se extendiera r´apidamente al an´alisis en organizaciones lucrativas. DEA acepta el uso de m´ultiples entradas y salidas de forma simult´anea, sin ninguna consideraci´on acerca de la distribuci´on de los datos, y la eficiencia es medida en t´erminos de un cambio proporcional en las entradas o salidas. La medici´on de eficiencia se realiza mediante el uso de t´ecnicas de programaci´on lineal consistentes en envolver los vectores observados de entrada salida lo m´as estrechamente posible [Ray2004,Ji and Lee2010]. A pesar de que en el trabajo de [Farrell1957] se supone que la frontera de producci´on es conocida, en la pr´actica esto no es as´ı y por tanto es necesario estimarla. El algoritmo
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
de DEA permite la construcci´on de una superficie envolvente, frontera eficiente o funci´on de producci´on emp´ırica, a partir de los datos disponibles del conjunto de DMUs objeto de estudio, de forma que las DMUs que determinan la envolvente son denominadas unidades eficientes y aquellas que no permanecen sobre la envolvente son consideradas unidades ineficientes [Serrano and Blasco2000].
La medida de la eficiencia de una DMU mediante la t´ecnica DEA implica dos pasos b´asicos:
1. Construcci´on del conjunto de posibilidades de producci´on.
2. Estimaci´on de la m´axima expansi´on factible de las salidas o de la m´axima contracci´on
de las entradas de la DMU del conjunto de posibilidades de producci´on. Los modelos DEA se pueden clasificar en funci´on del tipo de medida de eficiencia que proporcionan (radiales y no radiales), la orientaci´on del modelo (orientado a entradas y orientado a salidas), y la tipolog´ıa de los rendimientos a escala. En este documento particularmente solo se considerar´an modelos DEA radiales.
3.2.1.
Orientaci´on del modelo Orientado a entradas: busca la m´axima reducci´on proporcional en el vector de entradas, satisfaciendo al menos el nivel de salidas dado.
Orientado a salidas: busca el m´aximo incremento proporcional de las salidas sin requerir m´as valor de entradas que las observadas.
Teniendo en cuenta las orientaciones, una DMU ser´a considerada eficiente si, y s´olo si, no es posible incrementar las cantidades de salida manteniendo fijas las cantidades de entrada utilizadas, ni es posible disminuir las cantidades de entrada empleadas sin alterar las cantidades de salida obtenidas.
La Figura 3.3 presenta el caso de una ´unica entrada y una ´unica salida, bajo la suposici´on de rendimientos constantes a escala. La DMU A es ineficiente t´ecnicamente puesto que est´a situada por debajo de la frontera (l´ınea diagonal). Para un modelo orientado a entradas, la DMU A, puede reducir la cantidad de entrada x y seguir produciendo la misma cantidad de salida y, tomando como referencia la mejor pr´actica de la DMU A1 y la eficiencia t´ecnica ser´ıa ETA = BA1/BA. Para el modelo orientado a salidas, la DMU A, es ineficiente, porque puede producir mayor cantidad de salida consumiendo la misma cantidad de entrada, en este caso la eficiencia es ETA = CA/CA2. Para el supuesto de rendimientos constantes a escala, las medidas de eficiencia t´ecnica de entradas y salidas son iguales.
3.2.2.
Tipolog´ıa de los rendimientos Los rendimientos a escala pueden ser constantes, crecientes o decrecientes e indican los incrementos de la producci´on que son resultado de los incrementos de todos los factores de producci´on en el mismo porcentaje.
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
A2 y x A1 A
(2)
(1)
(1) Orientado a entradas
(2) Orientado a salidas
C B Figura 3.3: Orientaci´on del modelo Rendimientos constantes a escala: cuando el incremento porcentual de la salida es igual al incremento porcentual de los recursos productivos. Rendimientos crecientes a escala: tambi´en llamados econom´ıas de escala, se presentan cuando el incremento porcentual de la salida es mayor que el incremento porcentual de los recursos productivos.
Rendimientos decrecientes a escala: cuando el incremento porcentual de la salida es menor que el incremento de los recursos productivos.
3.3.
Modelo DEA-CCR Su nombre se debe a que fue desarrollado por Charnes, Cooper y Rhodes [Charnes et al.1978]. El modelo DEA-CCR proporciona medidas de eficiencia radiales, es orientado a entradas o a salidas, supone convexidad y rendimientos constantes a escala. La eficiencia t´ecnica relativa de cada DMU se define como el cociente entre la suma ponderada de las salidas y la suma ponderada de las entradas, sujeto a que ninguna DMU puede tener una eficiencia mayor que uno, de manera que para el caso de un modelo orientado a entradas se tiene:
m´ax u,v h0 = sP r=1 uryr0 m P i=1 vixi0 sujeto a :
sP r=1 uryrj m P i=1 vixij ≤1 j = 1, 2, ..., n ur, vi ≥0
(3.5)
donde se consideran n DMUs (j = 1, 2, ..., n), cada una de las cuales tiene las mismas entradas (en diferentes cantidades) para obtener las mismas salidas (en diferentes
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
cantidades). La cantidad de la i-´esima entrada (i = 1, 2, ..., m) consumidas por la j-´esima DMU se representan por xij con (xij ≥0). La cantidad de la i-´esima entrada consumida por la DMU que se est´a evaluando es xi0. La cantidad observada de la r-´esima salida (r = 1, 2, ..., s) producida por la j-´esima DMU se representa por yrj con (yrj ≥0). La cantidad de la r-´esima salida producida por la DMU que se est´a evaluando es yr0. Finalmente, ur para (r = 1, 2, ..., s) y vi para (i = 1, 2, ..., m) representan los pesos de ponderaci´on de las salidas y las entradas, respectivamente.
La ecuaci´on (3.5) es un problema no lineal que busca obtener el conjunto ´optimo de pesos (ur y vi) que maximicen la eficiencia relativa h0 de la DMU en evaluaci´on. Si h0 = 1, la DMU evaluada es eficiente, si h0 < 1, la DMU evaluada es ineficiente. En este caso las DMUs con los mismos pesos ur y vi asignados a la DMU ineficiente que est´a siendo evaluada que resulten ser eficientes se denominan pares. Los pares constituyen el conjunto de referencia de la DMU ineficiente, es decir, la referencia para la mejora de la DMU ineficiente.
La ecuaci´on (3.5) puede modificarse sustituyendo la condici´on de no negatividad ur, vi ≥0 por una condici´on de positividad estricta ur, vi ≥ε, donde ε es un infinit´esimo no-arquimedeo, la raz´on de este cambio es evitar que una DMU, pese a presentar h0 = 1, sea incorrectamente caracterizada como eficiente al obtener una soluci´on en la que alg´un peso ur y/o vi sea cero, y por tanto la respectiva entrada o salida sea obviada al determinar la eficiencia. Asi se tiene que:
m´ax u,v h0 = sP r=1 uryr0 m P i=1 vixi0 sujeto a :
sP r=1 uryrj m P i=1 vixij ≤1 j = 1, 2, ..., n ur, vi ≥ε
(3.6)
Un inconveniente de la ecuaci´on (3.6) es que puede tener un n´umero infinito de soluciones, puesto que si u∗ r, v∗ i es una soluci´on h0 = 1, entonces βu∗ r, βv∗ i tambi´en lo es para todo β > 0.
Este problema puede linealizarse y expresarse en forma matricial para llegar a la siguiente expresi´on [Serrano and Blasco2000]:
m´ax µ,δ w0 = µ⊤y0 sujeto a δ⊤x0 = 1 µ⊤Y −δ⊤X ≤0 µ⊤,δ⊤≥ε
(3.7)
donde ⊤representa la transpuesta, ε es un vector con elementos iguales positivos de tipo infinit´esimo no-arquimedeo, Y ∈Rs×n es una matriz de salidas, y0 representa el vector de salidas de la DMU que se est´a evaluando, X ∈Rm×n es la matriz de entradas, x0 representa el vector de entradas de la DMU que se est´a evaluando, µ ∈Rs×1 es el vector de pesos de la salidas y δ ∈Rm×1 es el vector de pesos asociado a las entradas. En este caso, la DMU se califica eficiente si w0 = 1 y los pesos µ,δ > 0. Si la DMU es ineficiente se tiene que w0 < 1 con pesos µ∗,δ∗y existir´a al menos una DMU que satisface la restricci´on s X r=1 µryrj = m X i=1 δixij,
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
para los mismos pesos µ∗,δ∗. El conjunto de las DMUs que satisfacen la restricci´on son eficientes y constituyen el conjunto referencia de la DMU evaluada, siendo la existencia de estas DMUs eficientes la que fuerza a la DMU evaluada a ser ineficiente [Cooper et al.2000]. Existe una tercera representaci´on para el modelo, conocida como forma envolvente, la cual se obtiene al emplear los reemplazos duales para las condiciones primales del modelo (3.7), tales reemplazos se presentan en la tabla la Tabla 3.1.
Restricci´on primal Variable dual Restricci´on dual Variable primal δ⊤x0 = 1 Θ Yλ ≥y0 δ⊤≥0 µ⊤Y −δ⊤X ≤0 λ ≥0 Θx0 −Xλ ≥0 µ⊤≥0 Tabla 3.1: Reemplazos duales Empleando los reemplazos se obtiene:
m´ın Θ,λ z0 = Θ sujeto a Yλ ≥y0 Θx0 ≥Xλ λ ≥0
(3.8)
donde λ ∈Rn×1 es el vector de pesos y λj es el peso de la j-´esima DMU, Θ denota la eficiencia t´ecnica de la DMU evaluada.
Con el modelo DEA puede obtenerse para toda DMU ineficiente un punto de proyecci´on sobre la frontera eficiente que represente a una DMU (real o virtual) que sea eficiente, lo que para un modelo orientado a entradas implica que consumir´a a lo sumo una proporci´on de las entradas originales y producir´a la misma cantidad de salida. Las DMUs implicadas en la construcci´on de la DMU eficiente referida (real o virtual) constituyen el conjunto de referencia de la DMU evaluada y calificada como ineficiente. El conjunto de referencia estar´a formado por todas las DMUs que en la soluci´on de (3.8) obtengan pesos λ∗ j > 0 con j = 1, 2, ..., n.
En general las ecuaciones (3.6), (3.7) y (3.8), que describen un modelo DEA-CCR orientado a las entradas, pueden reformularse como modelos orientados a salidas con expresiones de complejidad semejante, ver detalles en [Serrano and Blasco2000].
3.3.1.
Fijaci´on de referencias para la mejora en DEA De la ecuaci´on (3.8), el punto de proyecci´on sobre la frontera eficiente, es una combinaci´on lineal de los puntos observados y est´a dado por ˆx0 = λ∗X, ˆy0 = λ∗Y. Las coordenadas de la proyecci´on sobre la frontera eficiente representan los valores de entrada y salida objetivo para la DMU ineficiente, es decir, los niveles de entrada y salida que la convertir´an en eficiente en caso de alcanzarlos, y comparando los valores de la DMU evaluada con los valores objetivo es posible establecer la cantidad (absoluta y/o relativa) de la reducci´on de las entradas y/o incrementos de las salidas necesarios para convertirse en eficiente.
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
3.4.
Modelo DEA-BCC El nombre del modelo DEA-BCC se debe a que sus desarrolladores son Banker, Charnes y Cooper [Banker et al.1984]. A diferencia del modelo DEA-CCR que considera rendimientos constantes a escala, el modelo DEA-BCC flexibiliza el an´alisis, permitiendo que la tipolog´ıa de rendimiento a escala en un momento dado sea constante, creciente o decreciente. Los rendimientos a escala indican como los incrementos de producci´on son resultado del incremento de todos los factores de producci´on en el mismo porcentaje (ver Secci´on
3.2.2).
En la Figura 3.4 se presentan las fronteras estimadas para rendimientos variables a escala (RVE), rendimientos no crecientes a escala (RNCE) y rendimientos constantes a escala (RCE).
B A y x C B3 B4 B1 B2 D
RCE
RVE
RNCE
Figura 3.4: Fronteras seg´un tipolog´ıa de rendimientos Considerando un modelo orientado a entradas bajo el supuesto de rendimientos constantes o no crecientes a escala, puede verse que la eficiencia de la DMU B es el coeficiente dist (C, B2)/dist (C, B), para el caso de rendimientos variables la eficiencia es dist (C, B1)/dist (C, B). La diferencia entre ambas medidas de eficiencia, es decir la distancia B2B1, corresponde con la eficiencia escala (EE), y se interpreta como la parte de la ineficiencia presente en la eficiencia t´ecnica global (ETG) que obedece a la escala de producci´on de la DMU, tal que:
ETG = (ETP) (EE)
dist (C, B2) dist (C, B) = dist (C, B1) dist (C, B) · dist (C, B2) dist (C, B1),
(3.9)
donde ETP es la eficiencia t´ecnica pura y puede inferirse que si EE = 1 entonces ETG = ETP, indicando que la DMU no presenta ineficiencias de escala. Cuando la DMU presenta
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
ineficiencias de escala (EE < 1) se debe comparar la frontera de rendimientos variables con la frontera de rendimientos no crecientes para determinar si la DMU opera bajo rendimientos crecientes o decrecientes a escala.
Por otra parte, la frontera RCE produce generalmente un n´umero menor de DMUs eficientes y puntuaciones de eficiencia menores. Adem´as, para la frontera RVE la eficiencia orientada a entradas no es necesariamente igual que la eficiencia orientada a salidas. Similarmente que en el modelo DEA-CCR, para el modelo DEA-BCC, orientado a entradas, se tiene el siguiente modelo de optimizaci´on:
m´ax u,v,k h0 = u⊤y0 + k0 v⊤x0 sujeto a u⊤Yj + k0 v⊤x0 ≤1 j = 1, 2, . . . , n u⊤, v⊤≥Iε k0 no restringida
(3.10)
La diferencia entre la ecuaci´on (3.10) y la del modelo DEA-CCR (3.6) radica en que para DEA-BCC el numerador de las salidas ponderadas est´a adicionado con un t´ermino constante k0, que en el caso DEA-CCR valdr´ıa cero y representa los rendimientos constantes a escala, de modo que la soluci´on ´optima de (3.10) para la DMU que se supone eficiente conlleva a:
k∗ 0 > 0 para todas las soluciones ´optimas, prevalecen rendimientos crecientes a escala. k∗ 0 = 0 para cualquier soluci´on ´optima, prevalecen rendimientos constantes a escala. k∗
0 < 0 para todas las soluciones ´optimas, prevalecen rendimientos decrecientes a
escala.
La ecuaci´on (3.10) puede expresarse en forma matricial como: m´ax µ,δ,k w0 = µ⊤y0 + k0 sujeto a δ⊤x0 = 1 µ⊤Y + k0 ≤δ⊤X µ⊤,δ⊤≥Iε k0 no restringida
(3.11)
El objetivo del modelo orientado a entradas de la ecuaci´on (3.11) es encontrar el hiperplano que permaneciendo sobre o por encima de todas las DMUs minimiza la distancia horizontal desde el hiperplano a la DMU en evaluaci´on.
La DMU evaluada ser´a calificada eficiente si w∗
0 = 1 y existe al menos un ´optimo
(µ∗> 0,δ∗> 0), mientras que el valor de k∗se usa para identificar el tipo de rendimiento a escala en el que opera la DMU evaluada.
Si se desean construir modelos que supongan rendimientos no crecientes a escala o rendimientos no decrecientes a escala, solo debe modificarse la restricci´on asociada a k, tal que: k0 ≤0 y k0 ≥0, respectivamente.
3.5.
Modelo DEA aditivo Los modelos aditivos [Charnes et al.1985] combinan orientaciones a entradas y salidas en un ´unico modelo. El modelo aditivo considerando rendimientos variables a escala puede
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
formularse como:
m´ax λ,s+s− Is+ + Is− sujeto a λY −s+ = y0 −λX −s−= −x0 1λ = 1 λ, s+, s−≥0
(3.12)
En la ecuaci´on (3.12) todas las ineficiencias son capturadas en las variables s+ y s−.
3.6.
Discusi´on y consideraciones acerca de DEA
– DEA caracteriza cada una de las DMUs mediante una ´unica puntuaci´on de eficiencia
relativa.
– Al proyectar cada DMU ineficiente sobre la envolvente eficiente se destacan ´areas de
mejora para cada una de las DMU.
– DEA no requiere especificar modelos estad´ısticos ni hacer inferencias basadas en el
an´alisis de residuos y coeficientes de los par´ametros.
– DEA permite contemplar el uso de variables ex´ogenas
– Es posible considerar variables categ´oricas en el an´alisis.
– A trav´es de la t´ecnica DEA es posible emplear m´ultiples entradas y m´ultiples salidas
expresadas en distintas unidades de medida.
– Al ser una t´ecnica no param´etrica no supone ninguna forma funcional de relaci´on
entre las entradas y las salidas, ni supone una distribuci´on de eficiencia.
– Al evaluar la eficiencia relativa de una DMU, DEA considera las condiciones m´as
favorables, en tal sentido, si la DMU es ineficiente no puede considerarse que sea a causa de los pesos asignados. Sin embargo, es posible que una DMU sea catalogada como eficiente m´as por el ajuste de los pesos que por una eficiencia intr´ınseca.
– Una de las mayores cr´ıticas de DEA es que se trata de una aproximaci´on determinista
y no tiene en cuenta las influencias sobre el proceso productivo de car´acter aleatorio, ni la incertidumbre.
– La precisi´on de los resultados de eficiencia depende de la exactitud de las medidas
de las entradas y las salidas consideradas, as´ı, cuando no hay certeza en los datos empleados la DMU puede llegar a ser catalogada como eficiente o como ineficiente si una verdadera justificaci´on para ello.
– DEA es sensible a la existencia de observaciones extremas y toda desviaci´on respecto
de la frontera es tratada como ineficiencia, lo que puede derivar en sobre-estimaci´on de la misma.
3. AN ´ALISIS DE FRONTERA EFICIENTE
– Una gran cantidad de DMUs pueden ser caracterizadas como eficientes a menos que
la suma de la cantidad de entradas y salidas sea peque˜na en comparaci´on con el n´umero de observaciones (DMUs), en tal caso se aconseja tener al menos el doble de observaciones con respecto a la e suma de cantidad de entradas y salidas.
– La omisi´on de una entrada o de una salida importante puede generar resultados
sesgados.
– DEA no ofrece una medida de eficiencia absoluta, no permite comparar la DMU con
un valor m´aximo te´orico de eficiencia.
– La mayor parte de las aplicaciones con DEA se solucionan empleando la forma
envolvente, debido a que el modelo multiplicativo tiene un n´umero de restricciones igual a n + 1, mientras que el envolvente tiene s + m restricciones, y en la pr´actica es usal que el n´umero total de DMUs sea mucho mayor que la suma del n´umero de entradas y salidas, es decir, n ≫s + m.
– Al elegir el modelo DEA, en aplicaciones en que las entradas no est´an completamente
bajo el control del gestor, los modelos orientados a salidas son adecuados. Por otra parte, si los resultados del proceso (salidas) son decididos por los objetivos de los gestores y no a partir de mejores pr´acticas observadas, es preferible elegir modelos orientados a entradas.
– Cuando el rendimiento de las DMUs a comparar no depende de la escala de
operaci´on, escoger como tipolog´ıa del modelo rendimientos constantes a escala puede ser adecuado.
– A diferencia de los modelos DEA-CCR, en los que se obtiene una medida de eficiencia
t´ecnica global, los modelos DEA-BCC obtienen medidas de eficiencia t´ecnica pura, es decir, se trata de medidas de eficiencia t´ecnica netas de cualquier efecto de escala.
– Un problema con la fijaci´on de referencias para la mejora en DEA (ver
la secci´on 3.3.1) es que s´olo es posible encontrar proyecciones sobre la frontera eficiente, lo cual para las DMUs (empresas) ineficientes puede llegar a ser inalcanzable. En estos casos ser´ıa preferible tener la posibilidad de hallar puntos intermedios que mejoren el valor de eficiencia, sin que necesariamente se tenga que alcanzar el m´aximo de eficiencia t´ecnica.
Cap´ıtulo 4 An´alisis de correlaci´on can´onica Cuando un proceso puede ser descrito por dos conjuntos de variables correspondientes a dos aspectos diferentes, analizar las relaciones entre estos dos puntos de vista del mismo proceso puede mejorar la comprensi´on del sistema subyacente [Uurtio et al.2018]. En este contexto, una relaci´on es una proyecci´on de las observaciones correspondientes a una variables de un punto de vista a las observaciones correspondientes a una variable del otro punto de vista. Estas relaciones pueden ser determinadas por medio de m´etodos de correlaci´on can´onica.
El an´alisis de correlaci´on can´onica (CCA - Canonical Correlation Analysis) es un m´etodo estad´ıstico multivariado de dos vistas. En el an´alisis estad´ıstico multivariado los datos corresponden con m´ultiples variables medidas sobre un conjunto de individuos. Para CCA, las variables de una observaci´on pueden ser divididas en dos conjuntos que pueden ser vistos como las dos vistas de los datos.
Sean las vistas a y b, para los datos, denotadas por las matrices Xa ∈Rn×p y Xb ∈ Rn×q. Los vectores fila xk a ∈Rp y xk b ∈Rq para k = 1, 2, . . . , n denotan los conjuntos de observaciones multivariadas emp´ıricas en Xa y Xb, respectivamente. Se asume que las observaciones son muestreadas conjuntamente de una distribuci´on multivariada normal. Los vectores columna ai ∈Rn para i = 1, 2, . . . , p y bj ∈Rn para j = 1, 2, . . . , q denotan los vectores de variables de las n observaciones. El producto interno entre 2 vectores es denotado por ⟨a, b⟩o por a⊤b. Sin p´erdida de generalidad, se puede asumir que las variables tienen media cero y varianza uno. El principal objetivo en CCA es extraer las relaciones lineales entre las variables Xa y Xb.
Se pueden considerar las siguientes transformaciones Xawa = za y Xbwb = zb, donde wa ∈Rp, za ∈Rn, wb ∈Rq y zb ∈Rn. Las matrices Xa y Xb representan transformaciones lineales de las posiciones wa y wb sobre las im´agenes za y zb en el espacio Rn. Las posiciones wa y wb son conocidas como vectores can´onicos de pesos y las im´agenes za y zb son llamadas variaciones can´onicas o puntuaciones. Las restricciones de CCA en las proyecciones son que la posici´on de los vectores de las im´agenes za y zb son de norma unitaria y que se minimiza el ´angulo de cierre, θ ∈ h 0, π
2
i , entre za y zb.
El coseno del ´angulo, tambi´en llamado correlaci´on can´onica, entre las im´agenes est´a dado
4. AN ´ALISIS DE CORRELACI ´ON CAN ´ONICA
por cos(za, zb) = ⟨za, zb⟩/(∥za∥∥zb∥) y debido a la restricci´on de norma unitaria se tiene que cos(za, zb) = ⟨za, zb⟩. De hecho, el principio b´asico de CCA es hallar dos posiciones wa ∈Rp y wb ∈Rq que despu´es de las trasformaciones lineales Xa ∈Rn×p y Xb ∈Rn×q sean mapeadas sobre una bola unitaria n-dimensional y ubicadas de tal forma que se maximice el coseno del ´angulo entre los vectores posici´on de las im´agenes za ∈Rn y zb ∈Rn.
Las im´agenes za y zb de las posiciones wa y wb que resultan en el ´angulo m´as peque˜no, θ1, determinan la primera correlaci´on can´onica que es igual a cos θ1. El ´angulo m´as peque˜no est´a dado por cos θ1 = m´ax za,zb ⟨za, zb⟩ sujeto a ∥za∥2 = 1 ∥zb∥2 = 1
(4.1)
El m´aximo obtenido es para las im´agenes z1 a y z1
b. El par de im´agenes z2
a y z2 b, que tiene el segundo ´angulo de cierre m´as peque˜no θ2, son halladas en los complementos ortogonales de z1 a y z1
b. El proceso se repite hasta que no hayan m´as pares por ser encontrados. As´ı,
los r ´angulos θr ∈ 0, π
2
para r = 1, 2, . . . , q cuando p > q, pueden ser hallados de forma recursiva como:
cos θr = m´ax za,zb ⟨zr a, zr b⟩ sujeto a ∥za∥2 = 1 ∥zb∥2 = 1 ⟨zr a, zj a⟩= 0
zr b, zj b
= 0 ∀j̸ = r donde j, r = 1, 2, . . . , m´ın(p, q).
El n´umero de correlaciones can´onicas, r, corresponde con la dimensi´on de CCA, la cual puede ser vista como el n´umero de patrones que pueden ser extra´ıdos de los datos. Las posiciones wa y wb y las im´agenes za y zb pueden encontrarse resolviendo un problema est´andar de valores propios [Uurtio et al.2018], obteni´endose:
1
ρCbaC−1 aa Cabwb −ρCbbwb = 0 wa = C−1 aa Cabwb ρ
(4.2)
donde Cab =
1
n −1X⊤ a Xb es la matriz de covarianza muestral, Caa =
1
n −1X⊤ a Xa y Cbb =
1
n −1X⊤ b Xb son las matrices de varianza emp´ırica y ρ corresponde con el valor propio de la descomposici´on. Adem´as, za = Xawa zb = Xbwb
(4.3)
As´ı, de las ecuaciones (4.2) y (4.3) se calculan las posiciones y las im´agenes, respectivamente. Se debe tener claridad que cada par wa y wb tiene su respectivo par de im´agenes za y zb asociadas, y que la cantidad de pares est´a dada por r (dimensi´on
CCA).
El par de vectores posici´on que tienen im´agenes sobre la bola unitaria con un ´angulo de cierre m´ınimo corresponden al modelo de correlaci´on can´onica obtenido a partir de los datos de entrenamiento. Las entradas de estos vectores de posici´on transmiten las relaciones entre las variables (obtenidas a partir de la distribuci´on muestral).
4. AN ´ALISIS DE CORRELACI ´ON CAN ´ONICA
Las entradas de los vectores posici´on wa y wb pueden ser usadas con el prop´osito de analizar las relaciones lineales entre las variables. La relaci´on lineal correspondiente al valor de la correlaci´on can´onica es hallado entre las entradas que son de mayor valor. Adicionalmente, un modelo estad´ıstico puede ser validado en t´erminos de su significancia estad´ıstica, probando las hip´otesis de la siguiente ecuaci´on (4.4): H0 : m´ın (p, q) = k vs H1 : m´ın (p, q) > k,
(4.4)
donde k = 0, 1, . . . , p cuando p < q. Si la hip´otesis H0 es rechazada para j = 0, 1, . . . , k −1 y, en vez, aceptada para H1 : m´ın (p, q) > k −1 el n´umero de correlaciones can´onicas estad´ısticamente significativas puede ser estimado como k.
Para la prueba de hip´otesis el estad´ıstico Lk de Bartlett-Lawley, de la ecuaci´on (4.5), puede ser aplicado:
Lk = −
n −k −1
2 (p + q + 1) +
k X j=1 r−2 j !
ln m´ın(p,q) Y j=k+1
1 −r2
j ,
(4.5)
donde rj denota la j-´esima correlaci´on can´onica. La distribuci´on nula asint´otica de Lk es la distribuci´on χ2 con (p −k) (q −k) grados de libertad. De hecho, primero se prueba que no haya correlaci´on can´onica entre las dos vistas, si se rechaza tal hip´otesis H0, se contin´ua probando que exista una correlaci´on can´onica. En caso que todos los patrones can´onicos sean estad´ısticamente significativos la hip´otesis H0 : m´ın (p, q) = k −1 ser´a rechazada, y se concluir´a que el n´umero de correlaciones can´onicas estad´ısticamente significativas es k.
Cap´ıtulo 5 Evaluaci´on comparativa por proyecci´on de distancia m´ınima Como se ha mencionado anteriormente, es un problema vigente la identificaci´on e interpretaci´on acerca de qu´e variables de entrada y en qu´e medida deben ser intervenidas, en condiciones pr´acticas, para obtener mejores resultados sobre las variables de salida, mejorando de esta forma el nivel de eficiencia de la empresa.
Tambi´en se ha se˜nalado que un problema con la fijaci´on de referencias para la mejora empleando DEA (ver la secci´on 3.3.1) es que la identificaci´on de las variables relevantes (y sus valores de cambio) s´olo puede hacerse bajo la hip´otesis que la empresa logra la eficiencia t´ecnica relativa m´axima, es decir, s´olo es posible encontrar proyecciones sobre la frontera eficiente, lo cual, en condiciones pr´acticas, cotidianas y reales, para las DMUs (empresas) ineficientes, puede llegar a ser inalcanzable. En estos casos ser´ıa preferible tener la posibilidad de hallar puntos intermedios que mejoren el valor de eficiencia, sin que necesariamente se tenga que alcanzar el m´aximo de eficiencia t´ecnica. En tal sentido, en este cap´ıtulo se plantea una metodolog´ıa para establecer los valores de cambio para cada una de las variables (relevantes) de una empresa ineficiente, de manera que la empresa ineficiente pueda asemejarse a un conglomerado de empresas eficientes. En este caso, sea X ∈Rn×p una matriz con las variables observadas de entrada para el conjunto de las DMUs, donde el vector xi ∈Rp para i = 1, 2, . . . , n denota las entradas multivariadas de la i-´esima DMU. Sea Y ∈Rn×q una matriz con las variables observadas de salida para el conjunto de las mismas DMUs donde yi ∈Rq son las salidas multivariadas de la i-´esima DMU.
Una vez aplicado el an´alisis envolvente de datos (DEA) se obtendr´a el vector de etiquetas, u ∈Rn×1, que contiene la clasificaci´on de cada una de las n DMUs en las categor´ıas ineficiente y eficiente, asign´andoles una representaci´on num´erica de −1 y 1, respectivamente. Adicionalmente, el resultado del an´alisis de correlaci´on can´onica (CCA) dar´a informaci´on acerca de cuales variables de entrada son relevantes. La matriz de entradas X ser´a transformada en la matriz ˜X ∈Rn×m, donde m ≤p, de tal manera que ˜X contiene las variables de entrada relevantes observadas para todas las DMUs. Consideremos la submatriz ˜XE ∈Rh×m que contiene h filas de ˜X que corresponden con las empresas eficientes, es decir, asociadas a uj = 1 ∀j. A partir de las observaciones de la matriz ˜XE se podr´a construir una envolvente convexa. Adem´as, est´a el vector t ∈Rm
5. EVALUACI ´ON COMPARATIVA POR PROYECCI ´ON DE DISTANCIA M´ıNIMA
que representa a cualquiera de las empresas ineficientes, asociada con ut = −1. Realizando una combinaci´on lineal de las DMUs de ˜XE se puede obtener un punto ˜t ∈Rm que vive sobre la envolvente convexa, y que representar´a la proyecci´on de la DMU ineficiente sobre la envolvente convexa construida a partir de las DMUs eficientes, el cual ser´a la versi´on eficiente de la empresa ineficiente, y que est´a dado por la ecuaci´on (5.1): ˜t = ˜X⊤ Eα
(5.1)
donde α ∈Rh es un vector de ponderaci´on para la combinaci´on lineal de las DMUs. Ahora, es tambi´en necesario garantizar que la proyecci´on eficiente ˜t, de la DMU ineficiente t, genere la menor cantidad de cambios entre los valores de t y ˜t. Por tal motivo nosotros planteamos un m´etodo que hemos denominado proyecci´on de distancia m´ınima (MDM - Minimum Distance Mapping), el cual busca la m´ınima distancia entre el punto t y la envolvente convexa sobre la cual vive ˜t. Esta condici´on implica que la DMU ineficiente tendr´a que hacer la menor cantidad de cambios posibles en sus variables de entrada para asemejarse al conjunto de empresas eficientes, tal como se puede observar en la Figura 5.1.
t Envolvente convexa t~ Empresas eficientes Empresas ineficientes Empresa ineficiente de prueba Proyección de empresa ineficiente Figura 5.1: Proyecci´on de distancia m´ınima - MDM La proyecci´on de distancia m´ınima (MDM) puede formularse como el siguiente problema de optimizaci´on, presentado en la ecuaci´on (5.2): m´ın α
t −˜t
2 = m´ın
α
t −˜X⊤ Eα
2
sujeto a αi ≥0 ∀i ∥α∥2 = 1
(5.2)
5. EVALUACI ´ON COMPARATIVA POR PROYECCI ´ON DE DISTANCIA M´ıNIMA
La ecuaci´on (5.2) puede reescribirse de forma cuadr´atica de la siguiente manera: m´ın α
t −˜X⊤ Eα
2= m´ın α t −˜X⊤ Eα ⊤ t −˜X⊤ Eα =m´ın α t⊤− ˜X⊤ Eα ⊤ t −˜X⊤ Eα =m´ın α t⊤−α⊤˜XE t −˜X⊤ Eα =m´ın α t⊤t −α⊤˜XEt −t⊤˜X⊤ Eα + α⊤˜XE ˜X⊤ Eα
,
y dado que α y t son vectores columna, se tiene α⊤˜XEt = t⊤˜X⊤ Eα por tanto, la ecuaci´on (5.2) puede reescribirse como en la ecuaci´on (5.3): m´ın α t⊤t −2α⊤˜XEt + α⊤˜XE ˜X⊤ Eα sujeto a αi ≥0 ∀i ∥α∥2 = 1
(5.3)
Ahora, haciendo los siguientes reemplazos de variables: Q = ˜XE ˜X⊤ E c = ˜XEt ⇒ c⊤= t⊤˜X⊤ E se tiene α⊤˜XEt = α⊤c α⊤˜XEt ⊤ = α⊤c ⊤ t⊤˜X⊤ Eα = c⊤α con lo cual se obtiene, m´ın α α⊤Qα −2c⊤α + t⊤t sujeto a αi ≥0 ∀i ∥α∥2 = 1
(5.4)
y como t⊤t no depende de α, al derivar e igualar a cero para resolver el problema de minimizaci´on, este t´ermino desaparece, quedando: m´ın α α⊤Qα −2c⊤α sujeto a αi ≥0 ∀i ∥α∥2 = 1
(5.5)
Finalmente, reescribiendo la ecuaci´on (5.5), se llega a la expresi´on cuadr´atica de la ecuaci´on (5.6):
m´ın α 1 2α⊤Qα −c⊤α sujeto a αi ≥0 ∀i 1⊤α = 1
(5.6)
donde 1 es un vector de unos de tama˜no h × 1.
5. EVALUACI ´ON COMPARATIVA POR PROYECCI ´ON DE DISTANCIA M´ıNIMA
La soluci´on del problema cuadr´atico de la ecuaci´on (5.6) puede ser hallada empleando el m´etodo de multiplicadores de Lagrange [Madsen et al.2004], donde la funci´on de Lagrange asociada es:
L (α,λ) = 1 2α⊤Qα −c⊤α − X λ 1⊤α −1 Tales m´etodos de optimizaci´on cuadr´atica general se encuentran incorporados en la mayor´ıa de paquetes de software matem´aticos.
Cap´ıtulo 6 Metodolog´ıa Esta investigaci´on presenta una metodolog´ıa de an´alisis de relevancia de variables financieras por medio de la combinaci´on de t´ecnicas de an´alisis de frontera eficiente con t´ecnicas de aprendizaje de m´aquina, para establecer, cu´ales variables financieras y en qu´e proporci´on se deben intervenir, en pro de optimizar la eficiencia de las empresas. En general, en este cap´ıtulo se explica c´omo la propuesta metodol´ogica permite conseguir el objetivo planteado. Tal como se muestra en la Figura 6.1, la propuesta metodol´ogica se estructura en cuatro etapas: preproceso, evaluaci´on de eficiencia, relevancia de variables y evaluaci´on comparativa.
6.1.
Preproceso Con el fin de poder realizar las operaciones necesarias a lo largo de la metodolog´ıa, en primera instancia se ha establecido una etapa de preproceso de los datos, para la cual se procede de la siguiente manera: 1) Remoci´on de observaciones con valores faltantes, 2) Remoci´on de variables con m´as de 20 % de valores iguales a cero, 3) Centralizaci´on de los datos, 4) Estandarizaci´on de los datos, y 5)Ajuste a no-negatividad en las variables. El componente de remoci´on de observaciones con valores faltantes consiste en eliminar, de los datos, las empresas para las cuales no haya valor registrado de alguna de las 11 variables de entrada o de alguna de las 3 variables de salida.
Posteriormente, para cada conjunto de empresas en evaluaci´on, se cuantifica en cada variable la cantidad de valores iguales a cero y se calcula la proporci´on de valores cero con relaci´on a la cantidad total de empresas en el grupo, en caso que para alguna variable esta proporci´on supere el 20 %, se elimina la variables correspondiente. Sea ˆX la matriz con los datos de entrada y ˆY la matriz con los datos de salida, donde las filas corresponden a las observaciones (empresas o DMUs) y las columnas a las variables. Considere ˆX y ˆY depurados para las observaciones y las variables como se mencion´o en los p´arrafos anteriores, el paso siguiente es realizar la centralizaci´on y estandarizaci´on de los datos, es decir, llevarlos a media cero y varianza uno, tal que: ˆX −µ ˆX σ ˆX ˆY −µ ˆY σ ˆY
(6.1)
6. METODOLOG´ıA
Preproceso Variables de salida Evaluación de eficiencia Variables de entrada
DEA
CCA1
CCA2
MDM
Y X e u X~ X~ E t t~ Relevancia de variables Evaluación comparativa Figura 6.1: Esquema metodol´ogico donde µ ˆX = 1 n n X i=1 ˆxi
6. METODOLOG´ıA
es el vector de medias, y σ ˆX = v u u t
1
n −1 n X i=1 (ˆxi −µ ˆX)
2
es el vector que contiene las desviaciones est´andar de cada variable, siendo ˆxi el vector fila asociado a la i-´esima empresa. Semejantes son las expresiones asociadas a ˆY. Finalmente, y dado que el an´alisis envolvente de datos (DEA) requiere que los valores de las observaciones sean todos no negativos, se aplica la aproximaci´on cl´asica invariante a traslaci´on que se presenta en [Pastor and Ruiz2007] para transformar los datos. Como resultado de esta etapa se obtiene X ∈Rn×p correspondiente a la matriz de entradas y Y ∈Rn×q correspondiente a la matriz de salidas.
6.2.
Evaluaci´on de eficiencia Se tiene X ∈Rn×p que es una matriz con las variables observadas de entrada para el conjunto de las DMUs, donde el vector xi ∈Rp para i = 1, 2, . . . , n denota las entradas multivariadas de la i-´esima DMU, y Y ∈Rn×q que es una matriz con las variables observadas de salida para el conjunto de las mismas DMUs donde yi ∈Rq son las salidas multivariadas de la i-´esima DMU.
Con los datos de entrada X y salida Y para el conjunto de DMUs, se calcula la eficiencia relativa de cada una de las DMUs empleando an´alisis envolvente de datos (DEA). Con prop´ositos exclusivamente comparativos se implementan cinco modelos diferentes del an´alisis envolvente de datos: DEA-CCR orientado a entradas, DEA-CCR orientado a salidas, DEA-BCC orientado a entradas, DEA-BCC orientado a salidas, y DEA-Aditivo. Como se ha mencionado, DEA permite calcular la eficiencia relativa de las DMUs, obteni´endose el vector e ∈Rn, en el cual el elemento ei para i = 1, 2, . . . , n corresponde con la eficiencia relativa de la i-´esima DMU. Adicionalmente, conociendo el vector de eficiencias, es posible establecer las empresas que son eficientes y las empresas que no lo son, dando lugar al vector de etiquetas de eficiencia u con n elementos, de modo que ui ∈{−1, 1} para i = 1, 2, . . . , n, es decir:
ui = 1 si ei ≥1 −1 si ei < 1
6.3.
Relevancia de variables En esta etapa se tienen dos prioridades: 1) determinar cu´ales son las variables de entrada a partir de X ∈Rn×p que tienen mayor nivel de relaci´on con la eficiencia e ∈Rn previamente calculada, y 2) con las variables de entrada seleccionadas ˜X y sus correspondientes etiquetas de eficiencia u, se pretende establecer el conjunto de empresas modelo (eficientes y cuasi-eficientes) que ser´an el referente de comparaci´on para las empresas ineficientes. En primera instancia, a trav´es del an´alisis de correlaci´on can´onica (CCA) se pueden calcular los vectores can´onicos de pesos wa y wb (ver Cap´ıtulo 4), los cuales explican, para este caso, las relaciones lineales entre las variables de entrada y la eficiencia, donde
6. METODOLOG´ıA
los mayores pesos implican mayor relaci´on. Sin embargo, para dar validez a las relaciones halladas, es necesario que el valor de la correlaci´on can´onica sea lo m´as alto posible, y que se pueda establecer significancia estad´ıstica. En tal sentido, se ordenan de forma descendente los pesos al interior de wa, dando orden de prioridad a las variables de entrada, y se procede a calcular nuevamente la correlaci´on can´onica para el caso en que en la entrada solo se tiene la variable de mayor importancia y posteriormente agregando las dem´as variables hasta encontrar que la correlaci´on no incrementa, es decir, que se adicionaran las variables de entrada necesarias (en orden de importancia) para que el nivel de correlaci´on se haga m´aximo o al menos no haya un incremento considerable al agregar m´as variables. El conjunto de variables resultante corresponde con la matriz ˜X ∈Rn×m, donde m ≤p, de tal manera que ˜X contiene las variables de entrada relevantes observadas para todas las DMUs. Puede darse la situaci´on en que sea necesario agregar todas las variables de entrada para lograr la mayor correlaci´on, y se tendr´a que X = ˜X. Una vez establecida ˜X se verifica la significancia estad´ıstica de la correlaci´on can´onica entre esta matriz y la eficiencia.
Para el segundo prop´osito, se realiza CCA entre la matriz de entradas priorizadas ˜X ∈Rn×m y el vector de etiquetas de eficiencia u de n elementos, para obtener una representaci´on alternativa de los datos dada por el vector de im´agenes za ∈Rn. A partir de las proyecciones za se ajusta una funci´on de distribuci´on de probabilidad normal para el grupo de empresas eficientes y una funci´on de distribuci´on de probabilidad normal para el grupo de empresas ineficientes, adicionalmente, se determina un umbral, que permite seleccionar cu´antas y cu´ales de las DMUs eficientes conforman el grupo modelo o grupo referencia de comparaci´on. Lo anterior se presenta gr´aficamente en la Figura 6.2.
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0.1
0.15
0.2
0.25
Probabilidad Umbral Eficiente Ineficiente Figura 6.2: Distribuci´on de probabilidad de las im´agenes de CCA El resultado de esta etapa es la matriz de datos ˜XE ∈Rh×m que contiene h filas de ˜X que corresponden con las empresas que conforman el grupo modelo o referencia de comparaci´on.
6. METODOLOG´ıA
6.4.
Evaluaci´on comparativa por proyecci´on de distancia m´ınima Esta etapa se desarrolla con el fin de comparar alguna (cualquiera) de las empresas ineficientes contra el grupo de empresas modelo, de manera que sea posible establecer, para cada una de las variables de entrada priorizadas, los cambios necesarios que deben realizarse, para que as´ı, la empresa ineficiente se asemeje al conjunto de empresas modelo. En este sentido, empleando el m´etodo propuesto denominado proyecci´on de distancia m´ınima (MDM), se compara la DMU ineficiente t ∈Rm contra el conjunto de empresas modelo dado por ˜XE ∈Rh×m, tal como se explica en el Cap´ıtulo 5. Como resultado de esta etapa se obtiene ˜t ∈Rm, que es la proyecci´on de t sobre la envolvente convexa dada por el grupo de empresas modelo. Esto significa que ˜t es la versi´on eficiente de la empresa ineficiente, y adem´as, asegura la menor cantidad de cambios posibles en las variables de entrada priorizadas de la empresa ineficiente para asemejarse al conjunto de empresas modelo.
Cap´ıtulo 7 Experimentaci´on El universo de aplicaci´on de la propuesta est´a enmarcado a empresas peque˜nas Colombianas con ´animo de lucro, con datos de estados financieros de un corte particular. Con el fin de que haya consistencia en la informaci´on y sea posible realizar comparaciones justas entre las empresas que se analicen, es necesario que las empresas pertenezcan a un mismo sector econ´omico y que sean de igual tama˜no empresarial (dado por el total de activos).
Los ejemplos que se presentan en este cap´ıtulo est´an construidos a partir de datos financieros disponibles para el a˜no 2015 en el sistema de informaci´on y reporte empresarial (SIREM) de la Superintendencia de Sociedades. El SIREM registra informaci´on del estado de resultados y del estado de situaci´on financiera (balance general). En particular, las variables financieras consideradas para el an´alisis fueron establecidas con base en su disponibilidad para la gran mayor´ıa de las empresas presentes en la base de datos; espec´ıficamente fueron seleccionadas 11 variables de entrada y 3 variables de salida como se detalla en la Tabla 7.1.
Variables de entrada Variables de salida Activos corrientes Utilidad bruta Activos no corrientes Utilidad operacional Total de activos Ganancias y p´erdidas Pasivos corrientes Pasivos no corrientes Total pasivos Ingresos operacionales Costo de ventas Gastos operacionales de administraci´on Gastos operacionales de ventas Intereses Tabla 7.1: Variables de entrada y salida
7. EXPERIMENTACI ´ON
7.1.
Datos empleados En este trabajo se presentan los resultados de la metodolog´ıa propuesta a partir de dos conjuntos de datos diferentes. El primer conjunto de datos es de empresas de tama˜no peque˜no pertenecientes al sector econ´omico: Fabricaci´on de productos de caucho y pl´astico (c´odigos CIIU Secci´on C Divisi´on 22), el segundo conjunto de datos es de empresas de tama˜no peque˜no pertenecientes al sector econ´omico: Confecci´on de prendas de vestir (c´odigos CIIU Secci´on C Divisi´on 14). Sobre estos datos se procede a eliminar las observaciones que tienen valores faltantes en la variables de entrada y salida. En la Tabla 7.2 se presenta la cantidad de empresas peque˜nas de cada uno de los dos sectores econ´omicos que est´an en la base de datos del SIREM 2015, y la cantidad de empresas restantes luego de eliminar las observaciones con datos faltantes. C´odigo Sector No. empresas No.
empresas depuradas C22 Fabricaci´on de productos de caucho y pl´astico
110
nC22 = 99 C14 Confecci´on de prendas de vestir
134
nC14 = 119 Tabla 7.2: Cantidad de empresas peque˜nas por sector Adicionalmente, son eliminadas las variables para las cuales el 20 % o m´as de sus valores son iguales a cero. En la Tabla 7.3 se presenta la remoci´on de variables para cada uno de los sectores econ´omicos.
C´odigo Sector Variables removidas C22 Fabricaci´on de productos de caucho y pl´astico Pasivos no corrientes C14 Confecci´on de prendas de vestir Pasivos no corrientes Tabla 7.3: Variables removidas en conjunto de datos En s´ıntesis, hay p = 10 variables de entrada y q = 3 variables de salida para ambos sectores econ´omicos que se est´an evaluando (ver Tabla 7.4). Adicionalmente, los estimadores de media, desviaci´on est´andar, m´aximo y m´ınimo para las variables de entrada y salida de los sectores C22 y C14 est´an dados en las Tablas 7.5 y 7.6, respectivamente. C´odigo No. variables entrada No. variables salida No. observaciones C22 p = 10 q = 3 n = 99 C14 p = 10 q = 3 n = 119 Tabla 7.4: Dimensiones de los conjuntos de datos
7. EXPERIMENTACI ´ON
Variable Media Desv.
M´ın.
M´ax.
(1) Activos corrientes
1.245.850
679.539
74.318
2.955.189
(2) Activos no corrientes
658.009
587.021
0
2.348.405
(3) Total activos
1.903.858
793.064
326.599
3.193.160
(4) Pasivos corrientes
826.905
658.136
24.373
4.594.589
(5) Total pasivos
1.078.683
932.002
93.218
7.689.336
(6) Ingresos operacionales
2.682.749
2.147.335
0
16.320.826
(7) Costo de ventas
1.940.889
1.706.493
0
13.564.745
(8) Gastos operacionales de
administraci´on
401.661
341.534
0
2.427.997
(9) Gastos operacionales de
ventas
203.543
263.805
0
1.586.727
(10) Intereses
39.851
45.678
0
208.002
(S1) Utilidad bruta
741.860
653.592
-887.113
3.440.732
(S2) Utilidad operacional
136.656
298.576
-1.000.039
1.369.515
(S3) Ganancias y p´erdidas
29.242
316.814
-1.811.252
937.355
Tabla 7.5: Descripci´on de las variables en el sector C22. Valores expresados en miles. Variable Media Desv.
M´ın.
M´ax.
(1) Activos corrientes
1.422.055
730.749
4.564
3.204.144
(2) Activos no corrientes
352.438
374.164
0
1.894.865
(3) Total activos
1.774.493
772.583
542.870
3.208.193
(4) Pasivos corrientes
758.748
533.475
9.640
2.874.032
(5) Total pasivos
905.210
561.735
39.906
3.062.971
(6) Ingresos operacionales
3.027.745
4.786.796
0
38.572.395
(7) Costo de ventas
1.959.732
3.037.366
0
30.639.965
(8) Gastos operacionales de
administraci´on
406.454
484.020
0
4.268.381
(9) Gastos operacionales de
ventas
490.806
2.211.989
0
23.613.730
(10) Intereses
62.235
273.913
0
2.961.282
(S1) Utilidad bruta
1.068.013
2.615.113
-267.808
27.193.947
(S2) Utilidad operacional
170.753
304.554
-688.164
2.476.889
(S3) Ganancias y p´erdidas
59.269
346.126
-2.978.475
1.701.253
Tabla 7.6: Descripci´on de las variables en el sector C14. Valores expresados en miles.
7. EXPERIMENTACI ´ON
7.2.
Resultados En esta secci´on se presentan los resultados de las etapas metodol´ogicas: evaluaci´on de eficiencia, relevancia de variables, y evaluaci´on comparativa, calculadas para los conjuntos de empresas explicados en la Secci´on 7.1.
7.2.1.
Resultados de eficiencia Como se menciona anteriormente, para calcular la eficiencia de las empresas se implementaron, con prop´ositos comparativos, los modelos DEA-CCR orientado a entradas, DEA-CCR orientado a salidas, DEA-BCC orientado a entradas, DEA-BCC orientado a salidas, y DEA-Aditivo.
En la Figura 7.1 se presentan los resultados de eficiencia para el conjunto de datos C22. En general, se observa como los m´etodos CCR (Figuras 7.1(a) y 7.1(b)), reporta m´as cantidad de empresas ineficientes que el m´etodo BCC (Figuras 7.1(c) y 7.1(d)). En tal sentido, es coherente que la eficiencia calculada a trav´es del m´etodo modelo BCC sea generalmente mayor que la calculada por el modelo CCR, debido a la consideraci´on de los retornos a escala del modelo BCC, y adicionalmente porque el modelo CCR asume una eficiencia global mientras que el BCC asume solo la eficiencia t´ecnica. Por otra parte, las DMUs eficientes del modelo BCC orientado a entradas son tambi´en eficientes en el modelo Aditivo y viceversa, sin embargo para las DMUs ineficientes, el nivel de eficiencia calculado difiere entre ambos modelos, reflej´andose con mayor severidad la ineficiencia en el modelo Aditivo.
En la Figura 7.2 se presentan los resultados de eficiencia para el conjunto de datos C14. En este caso, primero se verifica el hecho de que el modelo BCC calcula mayores eficiencias que el modelo CCR, y adicionalmente, entre los modelos comparados, el modelo Aditivo (Figura 7.2(e)) es el que presenta DMUs con menores valores de eficiencia. En las Tablas 7.7 y 7.8 (para los conjuntos de datos C22 y C14 respectivamente) se presentan matrices que se˜nalan la cantidad y el porcentaje de DMUs eficientes por cada uno de los modelos y la cantidad de DMUs eficientes comunes entre los mismos. Es de destacar que alrededor de la mitad de las DMUs son se˜naladas como eficientes en cada modelo, lo cual lleva a pensar que no hay grandes sesgos por atipicidad en la eficiencia y que el conjunto de DMUs eficientes (en cada sector) tiene un comportamiento similar. Coincidencialmente, tanto para el conjunto C22 como para el conjunto C14, al cruzar todos los modelos, se encuentran 36 DMUs eficientes en com´un.
CCR-IO
CCR-OO
BCC-IO
BCC-OO
Aditivo
CCR-IO
46 (46.5 %)
40 (40.4 %)
45 (45.5 %)
41 (41.4 %)
46 (46.5 %)
CCR-OO
42 (42.4 %)
41 (41.4 %)
39 (39.4 %)
42 (42.4 %)
BCC-IO
58 (58.6 %)
48 (48.5 %)
57 (57.6 %)
BCC-OO
49 (49.5 %)
49 (49.5 %)
Aditivo
58 (58.6 %)
Tabla 7.7: Cantidad y porcentaje de DMUs eficientes, para C22
7. EXPERIMENTACI ´ON
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
DMU
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia CCR orientado a entradas (a) CCR orientado a entradas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
DMU
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia CCR orientado a salidas (b) CCR orientado a salidas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
DMU
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia BCC orientado a entradas (c) BCC orientado a entradas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
DMU
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia BCC orientado a salidas (d) BCC orientado a salidas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
DMU
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia Aditivo (e) Aditivo Figura 7.1: Evaluaci´on de eficiencia para el conjunto de datos C22 Para el conjunto de datos C22, los modelos que m´as DMUs eficientes determinaron son: BCC-IO (orientado a entradas) y Aditivo, mientras que el que menos DMUs eficientes hall´o
7. EXPERIMENTACI ´ON
0
20
40
60
80
100
120
DMU
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia CCR orientado a entradas (a) CCR orientado a entradas
0
20
40
60
80
100
120
DMU
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia CCR orientado a salidas (b) CCR orientado a salidas
0
20
40
60
80
100
120
DMU
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia BCC orientado a entradas (c) BCC orientado a entradas
0
20
40
60
80
100
120
DMU
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia BCC orientado a salidas (d) BCC orientado a salidas
0
20
40
60
80
100
120
DMU
0.85
0.9
0.95
1
Eficiencia Aditivo (e) Aditivo Figura 7.2: Evaluaci´on de eficiencia para el conjunto de datos C14 fue CCR-OO (orientado a salidas). Similarmente, para el conjunto de datos C14, el modelo BCC-IO (orientado a entradas) fue el que m´as DMUs eficientes identifica, mientras que el
7. EXPERIMENTACI ´ON
CCR-IO
CCR-OO
BCC-IO
BCC-OO
Aditivo
CCR-IO
51 (42.9 %)
45 (37.8 %)
49 (41.2 %)
43 (36.1 %)
51 (42.9 %)
CCR-OO
45 (37.8 %)
43 (36.1 %)
38 (31.9 %)
45 (37.8 %)
BCC-IO
62 (52.1 %)
49 (41.2 %)
57 (47.9 %)
BCC-OO
52 (43.7 %)
51 (42.9 %)
Aditivo
59 (49.6 %)
Tabla 7.8: Cantidad y porcentaje de DMUs eficientes, para C14 modelo CCR-OO (orientado a salidas) es el que se˜nala menos DMUs eficientes.
7.2.2.
Resultados de relevancia de variables Inicialmente se determinan cu´ales variables de entrada tienen mayor nivel de relaci´on con la eficiencia calculada, a trav´es de la evaluaci´on de los vectores de posici´on, este c´alculo se realiza para cada modelo de eficiencia. Adicionalmente, se verifica el nivel de correlaci´on entre las variables y la eficiencia, agregando las variables en el orden de relevancia dado por el vector posici´on.
Como ejemplo, consideremos el caso de los resultados de eficiencia del modelo CCR-IO para el conjunto C22. El vector de posici´on wa se grafica en la Figura 7.3(a), donde se puede apreciar que las variables de entrada tienen el siguiente orden de relevancia: (6) Ingresos operacionales, (7) Costo de ventas, (9) Gastos operacionales de ventas, (8) Gastos operacionales de administraci´on, (10) Intereses, (2) Activos no corrientes, (1) Activos corrientes, (4) Pasivos corrientes, (5) Total pasivos, (3) Total activos.
-6
-4
-2
0
2
4
6
Coeficientes canónicos Vector posición (entradas):CCR-IO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Variables de entrada (a) Vector posici´on
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Correlación
CCR-IO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No. Variables (b) Correlaci´on de entradas con eficiencia Figura 7.3: Relaci´on de entradas con eficiencia para CCR-IO, conjunto C22 Una vez determinado el orden de relevancia de las variables, se procede a calcular el nivel de correlaci´on del conjunto de variables de entrada con respecto a la eficiencia (Figura 7.3(b)), para ello se van agregando las variables en el orden determinado, de tal manera que en cada iteraci´on la correlaci´on evaluada cuenta con una variable m´as. En este caso se
7. EXPERIMENTACI ´ON
inicia con solo la variable (6) Ingresos operacionales, y se finaliza con el conjunto completo de 10 las variables. De la Figura 7.3(b) se puede observar que, en general, a medida que se adicionan variables el nivel de correlaci´on entre estas variables y la eficiencia, aumenta. En este trabajo, el criterio de parada para seleccionar la cantidad de variables de entrada que tienen mayor relaci´on con la eficiencia es encontrar el codo en la curva de correlaci´on (ver Figura 7.4), de tal forma que se obtenga una adecuada compensaci´on entre el n´umero de variables y la correlaci´on obtenida.
No. de variables de entrada Correlación Figura 7.4: Selecci´on del n´umero de variables relevantes Este mismo an´alisis se realiz´o para los dem´as modelos de c´alculo de eficiencia CCR-OO (Figura 7.5), BCC-IO (Figura 7.6), BCC-OO (Figura 7.7) y Aditivo (Figura 7.8). Para el conjunto de datos C22, en la Tabla 7.9 se presenta, para cada uno de los cinco modelos de eficiencia, cu´ales y cu´antas fueron las variables relevantes seleccionadas, el valor de correlaci´on alcanzado entre estas variables y la eficiencia, y el valor-p que verifica la significancia estad´ıstica con el 95 % de confianza.
Iguales c´alculos se realizaron para los datos C14. En la Tabla 7.10 se presenta cu´antas y cu´ales fueron las variables relevantes, la correlaci´on y el valor-p. Para todos los casos calculados, las variables predominantes en el an´alisis de relevancia son: Ingresos operacionales y Costos de ventas. Lo cual es un resultado coherente, dado que las variables de salida con las cuales se calcul´o la eficiencia se construyen principalmente con estas variables relevantes. Tambi´en es de notar que para ambos ejemplos, en los cinco modelos, siempre fue descartada la variable Total de activos, lo cual puede explicarse por el hecho de que esta variable est´a principalmente explicada a trav´es de la variable Activos corrientes, la cual si es se˜nalada como relevante en gran parte de los casos. Al comparar las variables
7. EXPERIMENTACI ´ON
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Coeficientes canónicos Vector posición (entradas):CCR-OO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Variables de entrada (a) Vector posici´on
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Correlación
CCR-OO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No. Variables (b) Correlaci´on de entradas con eficiencia Figura 7.5: Relaci´on de entradas con eficiencia para CCR-OO, conjunto C22
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Coeficientes canónicos Vector posición (entradas):BCC-IO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Variables de entrada (a) Vector posici´on
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Correlación
BCC-IO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No. Variables (b) Correlaci´on de entradas con eficiencia Figura 7.6: Relaci´on de entradas con eficiencia para BCC-IO, conjunto C22 seleccionadas para el sector C22 con las variables relevantes del sector C14 se puede ver que: en el conjunto de datos C22 se selecciona, en general, un mayor n´umero de variables que el sector C14, adem´as para el conjunto de datos C14 es preponderante el Total de pasivos, variable no se˜nalada como relevante de manera com´un para el conjunto de datos C22, lo cual puede tener explicaci´on en el hecho de que el nivel de endeudamiento de las empresas de C22 es mayor que el de las empresas de C14, y por tanto la correcta administraci´on de la deuda puede ser un elemento diferenciador para ambos sectores. Tanto para el caso del conjunto de datos C22 como para el conjunto de datos C14, las pruebas de significancia estad´ıstica confirman que los patrones de relaci´on entre variables identificados por el modelo de correlaci´on can´onica no se presentan por cuestiones del azar. Ahora, para determinar el conjunto de las DMUs modelo (ejemplares), que sirven como referente de comparaci´on para las DMUs ineficientes, se realiza nuevamente el c´alculo de CCA, pero esta vez entre la matriz de variables de entrada relevantes y el vector de
7. EXPERIMENTACI ´ON
-6
-4
-2
0
2
4
6
Coeficientes canónicos Vector posición (entradas):BCC-OO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Variables de entrada (a) Vector posici´on
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Correlación
BCC-OO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No. Variables (b) Correlaci´on de entradas con eficiencia Figura 7.7: Relaci´on de entradas con eficiencia para BCC-OO, conjunto C22
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Coeficientes canónicos Vector posición (entradas):Aditivo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Variables de entrada (a) Vector posici´on
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Correlación Aditivo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
No. Variables (b) Correlaci´on de entradas con eficiencia Figura 7.8: Relaci´on de entradas con eficiencia para Aditivo, conjunto C22 etiquetas de eficiencia, con lo cual se obtiene una representaci´on alternativa de los datos dada por el vector de im´agenes za con las cuales ajusta una funci´on de distribuci´on de probabilidad normal para el grupo de empresas eficientes y una funci´on de distribuci´on de probabilidad normal para el grupo de empresas ineficientes, adicionalmente, se fija emp´ıricamente un umbral, que permite seleccionar cu´antas y cu´ales de las DMUs eficientes conforman el grupo referencia de comparaci´on.
Para fijar el par´ametro de umbral entre las distribuciones, en este trabajo, se busca reducir el ´area de traslape entre las distribuciones eficientes e ineficientes, propendiendo porque las muestras que se seleccionen finalmente como las de referencia tengan la menor probabilidad de traslape con el grupo ineficiente, en tal sentido, al rededor de la media del grupo ineficiente se captura se calcula el intervalo que contenga al menos el 40 % del total de las DMUs ineficientes. Los l´ımites de este intervalo sirven como punto extremo sobre la funci´on de distribuci´on de las eficientes, y permite determinar hasta d´onde se
7. EXPERIMENTACI ´ON
Modelo No.
variables Variables seleccionadas Correl.
valor-p
CCR-IO
7
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Gastos operacionales de ventas, Gastos operacionales de administraci´on, Intereses, Activos no corrientes, Activos corrientes
0,7402
2, 0636 × 10−13
CCR-OO
8
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Gastos operacionales de ventas, Activos no corrientes, Gastos operacionales de administraci´on, Activos corrientes, Pasivos corrientes, Intereses
0,7477
2, 9127 × 10−13
BCC-IO
7
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Gastos operacionales de ventas, Activos no corrientes, Activos corrientes, Intereses, Pasivos corrientes
0,5399
3, 7069 × 10−5
BCC-OO
6
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Gastos operacionales de ventas, Gastos operacionales de administraci´on, Activos no corrientes, Activos corrientes
0,5849
6, 072 × 10−7 Aditivo
6
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Gastos operacionales de ventas, Activos corrientes, Activos no corrientes, Total pasivos
0,6086
9, 3155 × 10−8 Tabla 7.9: Relevancia de variables para el conjunto de datos C22 toman DMUs para el conjunto de referencia de las eficientes, ver Figura 7.9. Sin embargo, es necesario aclarar que esta etapa es totalmente opcional dentro de la metodolog´ıa y se realiza con el fin principal de que las muestras ineficientes no vayan a quedar al interior de la envolvente convexa que se crea en la ´ultima etapa de la metodolog´ıa. Para el caso particular del conjunto de datos C22 las funciones de distribuci´on estimadas y los umbrales determinados se presentan en la Figura 7.10. Una vez, establecidos los umbrales se realiza la selecci´on de las DMUs eficientes que
7. EXPERIMENTACI ´ON
Modelo No.
variables Variables seleccionadas Correl.
valor-p
CCR-IO
4
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Intereses, Total pasivos
0,4921
2, 0234 × 10−6
CCR-OO
4
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Intereses, Total pasivos
0,4946
1, 6908 × 10−6
BCC-IO
4
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Gastos operacionales de ventas, Total pasivo
0,4245
1, 3542 × 10−4
BCC-OO
4
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Intereses, Total pasivos
0,3688
0, 0021
Aditivo
6
Ingresos operacionales, Costo de ventas, Gastos operacionales de ventas, Intereses, Gastos operacionales de administraci´on, Total pasivos
0,5729
3, 9988 × 10−8 Tabla 7.10: Relevancia de variables para el conjunto de datos C14 sirven como referencia de comparaci´on para las DMUs ineficientes. En el ejemplo del conjunto de datos C22, los resultados de esta selecci´on de DMUs se presentan en la Figura 7.11. En este trabajo en particular, dado el tipo de informaci´on que se analiza, se establece que para pertenecer al grupo de empresas modelo los valores de las salidas, de tales empresas, deben ser no negativos. Como se puede observar, los puntos azules corresponden con las DMUs eficientes seleccionadas como referentes para las DMUs ineficientes. El n´umero de empresas eficientes seleccionadas como referentes para cada modelo de eficiencia y para cada conjunto de datos es presentado en la Tabla 7.11. Sorprende la escasa cantidad de DMUs eficientes seleccionadas para el conjunto de datos C22 con el modelo de eficiencia Aditivo, tan solo 2. Este resultado se puede observar gr´aficamente en las distribuciones de probabilidad estimadas a partir de las im´agenes za para DMUs eficientes e ineficientes (Figura 7.10(e)), en donde es claro como las dos funciones de probabilidad se encuentran solapadas casi en su totalidad.
CCR-IO
CCR-OO
BCC-IO
BCC-OO
Aditivo C22
34
30
37
38
2
C14
39
35
49
42
47
Tabla 7.11: Cantidad de DMUs eficientes seleccionadas como referencia
7. EXPERIMENTACI ´ON
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Media del conjunto ineficiente De este rango se toman las empresas eficientes modelo.
Intervalo para evitar traslape.
Figura 7.9: Selecci´on de las DMUs eficientes de referencia
7.2.3.
Resultados de evaluaci´on comparativa por proyecci´on de distancia m´ınima Una vez seleccionadas las variables relevantes y las DMUs eficientes que sirven como referencia para las ineficientes, se procede a construir la envolvente convexa de las DMUs seleccionadas y posteriormente proyectar las DMUs ineficientes sobre dicha envolvente, donde tal proyecci´on es la versi´on eficiente de la empresa ineficiente, asegurando la menor cantidad de cambios posibles en las variables relevantes de entrada de la empresa ineficiente para asemejarse al conjunto de empresas modelo.
Como ejemplos de aplicaci´on de la evaluaci´on comparativa (benchmarking), se han seleccionado dos empresas, una del conjunto de datos C22 y otra del C14. En cada caso las empresas seleccionadas fueron etiquetadas como ineficientes por los cinco modelos de eficiencia analizados. Estas empresas seleccionadas se presentan en la Tabla 7.12. Una vez realizada la proyecci´on de la empresa ineficiente sobre la envolvente convexa se obtienen los valores objetivo en cada una de las variables relevantes, lo cual es presentado para el conjunto de datos C22 en la Tabla 7.13, y para el conjunto de datos C14 en la Tabla 7.14.
7. EXPERIMENTACI ´ON
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Probabilidad
CCR-IO
Umbral Eficiente Ineficiente (a) CCR orientado a entradas
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Probabilidad
CCR-OO
Umbral Eficiente Ineficiente (b) CCR orientado a salidas
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Probabilidad
BCC-IO
Umbral Eficiente Ineficiente (c) BCC orientado a entradas
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Probabilidad
BCC-OO
Umbral Eficiente Ineficiente (d) BCC orientado a salidas
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.22
0.24
0.26
Probabilidad Aditivo Umbral Eficiente Ineficiente (e) Aditivo Figura 7.10: Distribuciones estimadas a partir de las im´agenes de CCA, conjunto C22
7. EXPERIMENTACI ´ON
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
CCR-IO
Eficiente Ineficiente No Convex Hull Umbral (a) CCR orientado a entradas
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
CCR-OO
Eficiente Ineficiente No Convex Hull Umbral (b) CCR orientado a salidas
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
BCC-IO
Eficiente Ineficiente No Convex Hull Umbral (c) BCC orientado a entradas
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
BCC-OO
Eficiente Ineficiente No Convex Hull Umbral (d) BCC orientado a salidas
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Aditivo Eficiente Ineficiente No Convex Hull Umbral (e) Aditivo Figura 7.11: DMUs eficientes seleccionadas como referentes, conjunto C22
7. EXPERIMENTACI ´ON
Variable C22 C14 Valor Valor
NIT
800.064.971
800.049.085
*Activo corriente
973.880
1.913.571
*Activo no corriente
1.399.318
532.183
*Total activos
2.373.198
2.445.754
*Pasivo corriente
880.198
1.315.075
*Total pasivos
1.290.768
1.315.075
*Ingresos operacionales
2.710.507
2.625.469
*Costo de ventas
1.901.547
1.813.459
*Gastos operacionales de administraci´on
530.368
622.216
*Gastos operacionales de ventas
159.101
4.240
*Intereses
33.301
61.762
*Utilidad bruta
808.960
812.010
*Utilidad operacional
119.491
185.554
*Ganancias y p´erdidas
15.677
86.702
Tabla 7.12: Empresas ineficientes para evaluaci´on comparativa. *Valores en miles
7. EXPERIMENTACI ´ON
Variables
CCR-IO
CCR-OO
BCC-IO
[ %] Cambio *Valor objetivo [ %] Cambio *Valor objetivo [ %] Cambio *Valor objetivo Activo corriente ↑0,06
974.441,00
↑8,25
1.054.207,09
↑6,2
1.034.251,64
Activo no corriente ↓0,29
1.395.234,81
↓6,75
1.304.813,12
↓1,96
1.371.896,38
Total activos – – – Pasivo corriente – ↓9,93
792.810,35
↓6,85
819.945,77
Total pasivos – – – Ingresos operacionales ↑0,91
2.735.092,78
↑3,22
2.797.862,61
↑1,33
2.746.509,66
Costo ventas ↓1,42
1.874.589,54
↓4,57
1.814.647,07
↓1,97
1.864.041,65
Gastos oper. admin.
↑3,88
509.785,95
↑8,74
576.730,20
– Gastos oper. ventas ↓9,06
144.682,23
↓37,84
98.897,82
↓28,01
114.531,15
Intereses ↓31,75
22.729,25
↓95,66
1.446,03
↓78.18
7.265,20
BCC-OO
Aditivo [ %] Cambio *Valor objetivo [ %] Cambio *Valor objetivo Activo corriente ↓0,24
971.547,41
↓10,05
876.047,04
Activo no corriente ↓9,56
1.265.574,55
↓54,15
641.543,44
Total activos – – Pasivo corriente – – Total pasivos – ↓36,7
817.010,07
Ingresos operacionales ↑1,09
2.739.947,11
↑5,95
2.871.763,99
Costo ventas ↓0,27
1.896.369,69
↑9,18
2.076.017,10
Gastos oper. admin.
↓2,1
519.205,87
– Gastos oper. ventas ↓62,12
60.261,87
↑185,24
453.818,61
Intereses – – Tabla 7.13: Evaluaci´on comparativa, conjunto C22. *Valores en miles.
7. EXPERIMENTACI ´ON
Variables
CCR-IO
CCR-OO
BCC-IO
[ %] Cambio *Valor objetivo [ %] Cambio *Valor objetivo [ %] Cambio *Valor objetivo Activo corriente – – – Activo no corriente – – – Total activos – – – Pasivo corriente – – – Total pasivos ↓10,02
1.183.304,05
↓0,08
1.314.012,00
↓0,01
1.314.987,56
Ingresos operacionales ↓0,16
2.621.318,24
↑0,03
2.626.230,85
↑0,002
2.625.522,94
Costo ventas ↑1,65
1.843.366,63
↓0,02
1.813.117,12
↓0,002
1.813.414,83
Gastos oper. admin.
– – – Gastos oper. ventas – – ↑3,61
4.393,04
Intereses ↓24,85
46.415,65
↓22,37
47.947,49
–
BCC-OO
Aditivo [ %] Cambio *Valor objetivo [ %] Cambio *Valor objetivo Activo corriente – – Activo no corriente – – Total activos – – Pasivo corriente – – Total pasivos ↓3,45
1.269.716,85
↓5,65
1.240.806,23
Ingresos operacionales ↑0,48
2.637.940,93
↑1,67
2.669.432,60
Costo ventas ↓0,26
1.808.752,92
↓2,32
1.771.439,32
Gastos oper. admin.
– ↓12,81
542.499,61
Gastos oper. ventas – ↓40,41
2.526,48
Intereses ↓85,01
9.256,31
↓90,82
5.671,40
Tabla 7.14: Evaluaci´on comparativa, conjunto C14. *Valores en miles.
7. EXPERIMENTACI ´ON
De los resultados obtenidos para el conjunto de datos C22 (Tabla 7.13) se puede observar que, para todos los modelos, el mayor cambio requerido est´a asociado a la variable Intereses, la evaluaci´on en los modelos CCR y BCC para esta variable implica una reducci´on de los intereses, sin embargo el modelo Aditivo solicita un aumento de la misma variable. Esta incongruencia, en el modelo Aditivo, puede ser consecuencia de la escasa cantidad de DMUs eficientes seleccionadas como referencia, solo de dos (Tabla 7.11), y por tanto los resultados no son generalizantes de las condiciones del grupo. Adicionalmente, los modelos CCR y BCC requieren el incremento de la variable Ingresos operacionales y el decremento de los Costo de venta, conservando total coherencia con el prop´osito del experimento, teniendo en cuenta que estas variables fueron las m´as relevantes (Tabla 7.9). Para los resultados del conjunto C14 (Tabla 7.14) se tiene que la variable Intereses fue se˜nalada por 4 modelos (CCR-IO, CCR-OO, BCC-OO y Aditivo) como la que requiere m´as cambio, en particular debe ser decrementada, adem´as en estos casos la variable Total pasivos tambi´en debe decrementarse. Aunque el modelo BCC-IO pareciera presentar requerimientos incoherentes al exigir disminuci´on de los Ingresos operacionales y el aumento en el Costo de venta, tal situaci´on debe revisarse detalladamente pues en realidad los porcentajes de cambio son casi cero, lo que indica que en general esta empresa ya se comporta como el grupo de referencia en las variables indicadas.
7.3.
Discusi´on de los resultados y consideraciones pr´acticas
– Es fundamental establecer adecuadamente las variables de entrada y salida para
capturar una relaci´on subyacente de eficiencia. En tal sentido, es en primera instancia aconsejable establecer la l´ogica o intencionalidad del an´alisis. Como criterio amplio y general: DEA minimiza las entradas y maximiza las salidas, en otras palabras, menores niveles de las entradas y mayores niveles de las salidas representan mejores eficiencias [Cook et al.2014]. En este trabajo en particular, la selecci´on de entradas y salidas satisface tal condici´on l´ogica.
– En la literatura es usual encontrar que el n´umero de DMUs debe ser al menos el doble
del n´umero de entradas m´as salidas (regla de oro) [Golany and Roll1989], porque a mayor cantidad de observaciones, mayor es la probabilidad de capturar las unidades de alto desempe˜no que determinan la frontera eficiente. Sin embargo, tal regla no es imperativa y no tiene demostraci´on estad´ıstica, aunque generalmente se satisface por conveniencia, como es el caso particular de los ejemplos aqu´ı presentados.
– En particular, cuando DEA se usa como una herramienta de evaluaci´on comparativa
(benchmarking tool), la t´ecnica se enfoca en el desempe˜no individual de la DMU de inter´es y no necesariamente se debe satisfacer la regla de oro, y en este caso los resultados de DEA siguen siendo valiosos [Cook et al.2014].
– Antes de aplicar DEA debe estar claro qu´e se pretende alcanzar con el an´alisis. Si
el objetivo es identificar las unidades que est´an sub-utilizando los recursos, entonces la reducci´on de las entradas ser´a el foco del ejercicio y en tal caso los modelos DEA
7. EXPERIMENTACI ´ON
orientados a entradas ser´an m´as apropiados. Tambi´en es posible que el objetivo est´e encaminado a incrementar los resultados de las unidades a partir de los recursos ya disponibles, lo cual hace pensar que los modelos DEA orientados a salidas son los ideales. Para el caso en el cual ambos objetivos son prioritarios el modelo DEA aditivo puede ser una soluci´on correcta. En tal sentido, en nuestros ejemplos cualquiera de las tres visiones puede ser argumentada como adecuada. Sin embargo, a partir de los resultados de metodolog´ıa propuesta, la empresa ineficiente logra asemejarse al conjunto referente de empresas eficientes con menos esfuerzo cuando el modelo de eficiencia evaluado fue el CCR-IO para C22 y CCR-OO para el C14, pero este resultado no es una condici´on general, y es posible que el modelo de eficiencia que mejor se adecua var´ıe seg´un la empresa ineficiente de prueba, por tanto, la selecci´on del tipo de modelo de eficiencia debe soportarse en la capacidad de intervenci´on que la administraci´on tenga sobre las variables relevantes y las pol´ıticas de gobierno previamente definidas.
– La b´usqueda de variables relevantes a trav´es de CCA redujo, no solo la carga
computacional de los c´alculos posteriores en el proceso de optimizaci´on de proyecci´on sobre la envolvente convexa, sino que esencialmente permite disminuir la cantidad de intervenciones que deber´ıa realizar la gerencia, una vez sean determinados los resultados de la evaluaci´on comparativa, en pro de transformar la DMU ineficiente en eficiente.
– En CCA es fundamental verificar la significancia estad´ıstica del an´alisis, porque esta
prueba demuestra que los patrones de relaci´on hallados entre las variables de entrada y la eficiencia no es cuesti´on del azar, confirmando que las variables relevantes deben ser el foco de atenci´on para la administraci´on de las DMUs.
– Es muy importante refinar las DMUs eficientes, seleccionando un subconjunto de
las mismas, con el fin de garantizar que la envolvente convexa, que se construye posteriormente a partir de estas observaciones, no encierre DMUs ineficientes. Para el caso en que las funciones de densidad de probabilidad, para las DMUs eficientes e ineficientes, est´en claramente separadas no se hace perentorio realizar este proceso.
– La gran ventaja de la estrategia de evaluaci´on comparativa propuesta en este
documento se basa en dos elementos: 1) la DMU ineficiente tendr´a que hacer la menor cantidad de cambios posibles en sus variables relevantes de entrada para asemejarse al conjunto de empresas eficientes, 2) las variables de entrada pueden ser tanto decrementadas (caso habitual del Benchmarking DEA) como incrementadas para lograr un comportamiento semejante al de las empresas evaluadas como eficientes de referencia.
– En caso que la cantidad seleccionada de DMUs eficientes de referencia sea muy baja,
es importante reducir o incluso eliminar el par´ametro de umbral, y as´ı permitir que m´as DMUs eficientes sean escogidas para el grupo de referencia favoreciendo la capacidad de generalizaci´on de los resultados.
Cap´ıtulo 8 Conclusiones En esta investigaci´on se propuso una metodolog´ıa de an´alisis de relevancia de variables financieras por medio de la combinaci´on de t´ecnicas de an´alisis de frontera eficiente con t´ecnicas de aprendizaje de m´aquina. Particularmente, son tres las contribuciones principales que contiene la propuesta metodol´ogica.
En primer lugar, la metodolog´ıa permite establecer cu´ales de las variables de entrada son relevantes, es decir, determinar las variables que poseen mayor nivel de relaci´on con la eficiencia de las DMUs, tal resultado se obtiene al aplicar el an´alisis de correlaci´on can´onica (CCA) entre las variables de entrada y la eficiencia calculada para el conjunto de DMUs que se analiza. Adicionalmente, una ventaja del an´alisis de correlaci´on can´onica es la posibilidad de calcular el nivel de significancia estad´ıstica, confirmando si los patrones de relaci´on entre las variables relevantes y la eficiencia se presentan por cuestiones del azar o no. Como resultado, el n´umero de dimensiones (variables) de an´alisis puede ser disminuido y as´ı mismo pasa con los costos computacionales de etapas posteriores, pero m´as que esto, la selecci´on de variables relevantes reduce la cantidad de intervenciones que deben realizar los cuerpos administrativos ayudando a focalizar su trabajo en una menor cantidad de elementos.
En segunda instancia, se plante´o un m´etodo para refinar el conjunto de DMUs eficientes que sirven como referente para las DMUs ineficientes. Tal depuraci´on es importante en tanto que permite eliminar del conjunto de datos las DMUs que aunque categorizadas como eficientes tienen un compartimiento muy similar a las DMUs ineficientes, es decir, se eliminan las DMUs que pueden generar confusi´on en la clasificaci´on de eficiencia. Y como tercera contribuci´on de este trabajo, y tal vez la m´as importante, se propuso un novedoso m´etodo de evaluaci´on comparativa, denominado proyecci´on de distancia m´ınima (MDM), el cual posibilita calcular los valores de cambio para cada una de las variables (relevantes) de una DMU ineficiente, de manera que ´esta pueda asemejarse a un conglomerado de empresas eficientes, brindando de esta manera un sistema de aprendizaje de m´aquina que determina la mejores posibilidades para la DMU ineficiente. La proyecci´on de distancia m´ınima se fundamenta en minimizar la distancia entre una DMU ineficiente (en evaluaci´on) y la envolvente convexa construida a partir de las DMUs eficientes que se empleen como referencia. La evaluaci´on comparativa por proyecci´on de distancia m´ınima tiene dos grandes ventajas: 1) la DMU ineficiente tendr´a que hacer la menor cantidad de cambios posibles en sus variables relevantes de entrada para asemejarse al conjunto
8. CONCLUSIONES
de empresas eficientes, y 2) las variables de entrada pueden ser tanto decrementadas como incrementadas para lograr un comportamiento semejante al de las DMUs eficientes de referencia. Este segundo punto es un factor fundamental de diferenciaci´on entre nuestra metodolog´ıa MDM y la evaluaci´on comparativa de DEA (benchmarking DEA). En benchmarking DEA s´olo es posible de decrementar las variables de entrada, pero nunca se puede incrementarlas. En mercados competitivos la hip´otesis de incrementar variables para mejorar las condiciones de eficiencia es com´un y perfectamente v´alida. Adicionalmente, es importante mencionar que la metodolog´ıa general propuesta no solo es ´util para la evaluaci´on y comparaci´on de variables financieras, sino que puede ser empleada en otras ´areas de inter´es, estableciendo adecuadamente las variables de entrada y salida que eval´uen la eficiencia de una DMU.
Cap´ıtulo 9 Trabajo futuro Siguiendo la l´ınea de investigaci´on que se ha descrito en esta tesis, surgen cuatro proyectos principales que pueden fortalecer y extender el alcance de la metodolog´ıa propuesta.
1. Dado que la proyecci´on de distancia m´ınima (MDM) no tiene en cuenta las variables
de salida, bajo el supuesto de que esta informaci´on est´a codificada en las relaciones y etiquetas de eficiencia, es necesario durante la evaluaci´on comparativa estimar un valor objetivo (valor de referencia) para las variables de salida.
2. La selecci´on del par´ametro umbral para refinar la selecci´on de DMUs eficientes se
basa en ensayo y error, y se soporta en la experticia del usuario evaluando las gr´aficas de las funciones de densidad de probabilidad de los conjuntos de DMUs eficientes e ineficientes. En tal sentido es necesario plantear una estrategia para optimizar el par´ametro umbral o plantear una alternativa del proceso de selecci´on de DMUs eficientes que garantice que ninguna DMU ineficiente quede encerrada por la envolvente convexa.
3. Evaluar la posibilidad de agregar un conjunto adicional de restricciones en el proceso
de optimizaci´on MDM, que tenga en cuenta los casos, en que por condiciones de l´ogicas, las variables est´en obligadas a solo incrementar o decrementar.
4. Aplicar la metodolog´ıa propuesta en este trabajo sobre otro tipo de datos y verificar
la estabilidad y congruencia de los resultados, idealmente con el prop´osito de demostrar que los valores objetivo de las variables resultan de utilidad para los administradores.
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Cita: Daza Santacoloma, Genaro, Daza-Santacoloma, Genaro (2019), Metodología de análisis de relevancia de variables financieras en búsqueda de escenarios de eficiencia: Aplicación a las MIPYMES, Universidad Tecnológica de Pereira, p. N. https://hdl.handle.net/11059/11312