dissertação

Aplicação de métodos baseados em lógica fuzzy e de aprendizado de máquina para a previsão de preços de commodities

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Resumo

O milho e a soja são duas das principais commodities agrícolas do Brasil, desempenhando um papel estratégico para a economia brasileira. A previsão de seus preços é de suma importância para apoiar a tomada de decisões no setor agroindustrial. Este estudo tem por objetivo avaliar a utilização de métodos Fuzzy Time Series (FTS) para a previsão dos preços dessas commodities, considerando abordagens univariadas e multivariadas. Esses modelos foram aplicados e comparados a algoritmos de Machine Learning (ML), como Random Forest, XGBoost, LightGBM, entre outros. O conjunto de dados utilizado no primeiro artigo compreende dados diários de preços de milho no período de 2007 a 2025, no estado de Minas Gerais, tendo três recortes, com início em 2007, 2014 e 2021. Já os dados utilizados no segundo artigo são referentes ao preço global da soja, de outras commodities e de seus derivados, coletados mensalmente no período de 1960 a 2025. Após o particionamento dos dados em treinamento e teste, os modelos FTS e os algoritmos de aprendizado de máquina foram treinados e avaliados no conjunto de teste. Foram utilizadas métricas de avaliação de desempenho, como Erro Percentual Absoluto Médio (Mean Absolute Percentage Error – MAPE), o Erro Absoluto Escalonado Médio (Mean Absolute Scaled Error – MASE), a Acurácia Direcional Média (Mean Directional Accuracy – MDA), entre outras medidas amplamente empregadas na avaliação de modelos de previsão. No caso univariado, os resultados indicam que o modelo Probabilistic Weighted FTS (PWFTS) apresentou melhor desempenho, com menores erros de previsão e maior acurácia direcional quando treinado com dados iniciados em 2014, e com horizonte de previsão de um dia. Em contraste, os modelos high order FTS (HOFTS) e Weighted HOFTS (WHOFTS) apresentaram desempenho levemente inferior ao observado para o PWFTS. Ainda assim, HOFTS e WHOFTS mantiveram desempenho consistente, embora com variações entre as diferentes estratégias de treinamento utilizadas. Para o caso multivariado, os resultados indicaram que os modelos baseados em lógica fuzzy, em especial o Weighted Multivariate FTS (WMVFTS) com 20% de dados de teste e 60 partições, obtiveram o melhor desempenho geral, apresentando os menores erros de previsão e elevada acurácia direcional. Conclui-se que os métodos Fuzzy Time Series constituem uma boa alternativa para a previsão de preços de commodities agrícolas, mostrando-se adequados tanto em contextos univariados quanto multivariados e em diferentes escalas temporais.

Abstract

Corn and soybeans are two of the main agricultural commodities in Brazil, playing a strategic role in the Brazilian economy. Forecasting their prices is of utmost importance to support decision-making in the agro-industrial sector. This study aims to evaluate the use of Fuzzy Time Series (FTS) methods for forecasting the prices of these commodities, considering univariate and multivariate approaches. These models were applied and compared to Machine Learning (ML) algorithms, such as Random Forest, XGBoost, LightGBM, among others. The dataset used in the first article comprises daily corn price data for the period from 2007 to 2025, in the state of Minas Gerais, with three subsets, beginning in 2007, 2014, and 2021. The data used in the second article refer to the global price of soybeans, other commodities, and their derivatives, collected monthly from 1960 to 2025. After partitioning the data into training and test sets, the FTS models and machine learning algorithms were trained and evaluated on the test set. Performance evaluation metrics were used, such as Mean Absolute Percentage Error (MAPE), Mean Absolute Scaled Error (MASE), Mean Directional Accuracy (MDA), among other measures widely used in the evaluation of forecasting models. In the univariate case, the results indicate that the Probabilistic Weighted FTS (PWFTS) model presented the best performance, with lower forecasting errors and higher directional accuracy when trained with data beginning in 2014, and with a one-day forecasting horizon. In contrast, the high order FTS (HOFTS) and Weighted HOFTS (WHOFTS) models presented slightly lower performance than that observed for PWFTS. Nevertheless, HOFTS and WHOFTS maintained consistent performance, although with variations among the different training strategies used. For the multivariate case, the results indicated that the models based on fuzzy logic, especially the Weighted Multivariate FTS (WMVFTS) with 20% of test data and 60 partitions, obtained the best overall performance, presenting the lowest forecasting errors and high directional accuracy. It is concluded that Fuzzy Time Series methods constitute a good alternative for forecasting agricultural commodity prices, proving to be suitable both in univariate and multivariate contexts and at different time scales.

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Estatística Aplicada

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SOUZA, João Vitor Andrade Alves de. Aplicação de métodos baseados em lógica fuzzy e de aprendizado de máquina para a previsão de preços de commodities. 2026. 71 p. Dissertação (Mestrado Acadêmico em Estatística e Experimentação Agropecuária) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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