[R-br] Análise Envoltória de Dados (DEA)

Roney Fraga Souza roneyfraga em gmail.com
Terça Agosto 16 01:30:40 BRT 2011


Daniel,  boa noite!

Não compreendi o seu problema postado na lista, possivelmente pq não utilizo o pacote DEA, onde posso baixar o pacote DEA para testes?
Também utilizo o R para analisar eficiência por meio de análise envoltória de dados. Estou trabalhando com o pacote Benchmarking, que além do excelente help tem o livro do mesmo autores que criaram o pacote que é bastante útil:
Bogetoft and Otto (2011), Benchmarking with DEA, SFA, and R.

Como exemplo do uso do pacote Benchmarking segue medidas de eficiência para o modelos básicos de DEA utilizando os dados da Tabela 2.1 de Coll e Blasco (2006) Evaluación de la Eficiencia mediante el Análisis Envolvente de Datos. Vale ressaltar que no seu caso o arquivo é grande, e nesse exemplo o arquivo .csv tem poucas linhas, mas acredito que não terá problema em manipular suas matrizes ou data.frames utilizando o Benchmarking.

Espero que o exemplo sejá útil, caso encontre algum erro pode corrigir e postar a versão corrigida.

Att
Roney

####################

# TODO: Dados da Tabla 2.1 Valores observados concesionarios, do livro de Coll e Blasco (2006) 
# INPUTS
# x1 = Número de empleados 
# x2 = Depreciación del Inmovilizado, como proxy del capital
# OUTPUTS
# y1 = Número de vehículos vendidos 
# y2 = Número de órdenes de trabajo recibidas en taller
# 
# Coll e Blasco (2006) Evaluación de la Eficiencia mediante el Análisis Envolvente de Datos
# Ferreira e Gomes (2009) Introdução à Análise Envoltória de Dados. Teoria, Modelos e Aplicações
# Bogetoft, Otto (2011) Benchmark and frontier analysis using DEA and SFA and R
# Author: roney
###############################################################################

rm(list=ls(all=TRUE))
getwd()
setwd("/Users/roney/Documents/Economia/R-workspace/DEA")
dir()
library(Benchmarking)
help(package="Benchmarking")
?dea 

## dea(X, Y, RTS="vrs", ORIENTATION="in", XREF=NULL, YREF=NULL,
#		FRONT.IDX=NULL, SLACK=FALSE, DUAL=FALSE, DIRECT=NULL, param=NULL,
#		TRANSPOSE=FALSE, FAST=FALSE, LP=FALSE, CONTROL=NULL, LPK=NULL)
#
# Tabla 2.1 Valores observados concesionarios
#		x1	x2	y1	y2
#	A	8	8	14	20
#	B	11	15	25	42
#	C	14	12	8	30
#	D	12	13	25	8
#	E	11	18	40	22
#	F	18	20	24	30
# link baixar o arquivo .csv # http://www.datafilehost.com/download-b7ad5202.html
read.csv("Coll-Blasco_exemplo.csv", header=TRUE)
coll.blasco <- read.csv("Coll-Blasco_exemplo.csv", header=TRUE)

namesAF <- c("A", "B", "C", "D", "E", "F")
namesX <-c("x1", "x2")
namesY <- c("y1", "y2")
namesXY <- c("x1", "x2", "y1", "y2")

insumos <- matrix(c(coll.blasco$x1, coll.blasco$x2), nrow=6, ncol=2, byrow=FALSE, dimnames=list(namesAF, namesX))
is.matrix(insumos)
insumos
produtos <- matrix(c(coll.blasco$y1, coll.blasco$y2), nrow=6, ncol=2, byrow=FALSE, dimnames=list(namesAF, namesY))
is.matrix(produtos)
produtos


######## CCR Input Orientado #######
# Em benchmarking modelo CCR (crs) input orientado, o problema primal é a minimização do insumos dada a
# quantidade de produtos. Modelo envoltório (que usa lambda), ver notação página 72 Ferreira e Gomes (2009)

ccr.in <- dea(insumos, produtos, RTS="crs", ORIENTATION="in", SLACK=TRUE) # eff CCR insumo orientado com folgas

summary(ccr.in) # função que trás o resumo das medidas, como número e % de unidades eficientes em cada
				# faixa de valor, assim como folgas. Muito útil para grande quantidade de DMU's

lambda(ccr.in)	# equivalente a saída Benchmarking do SAID, indica quais DMU's estão sendo referência,
				# as que estão nas colunas, para as demais DMU's, que estão nas linhas.
				# em outras palavras, parceiros relevantes (peers) para as DMU's ineficientes, e o valor do 
				# lambda indica o quanto a DMU eficiente, o benchmarking, é importante para a DMU ineficiente

lambda(ccr.in, KEEPREF = TRUE)  # quando a opção "KEEPREF = TRUE" é utilizada todas as DMU's são mostradas
								# nas colunas, não penas as eficiêntes.

print(ccr.in$eff, digits=2)	# para mostrar a eficiência das DMU's

which( ccr.in$eff == 1 & !ccr.in$slack)	# para mostrar apenas as DMU's eficientes e sem folga

data.frame("eff"=ccr.in$eff, "ins"=insumos, "rad"=ccr.in$eff * insumos, "fol"=ccr.in$sx, "alv"=insumos - ccr.in$sx) 
							# i) eff, ii) insumos observados ou atual, iii) movimento radial, iv) folga e v) alvo
							# 
							# iii) movimento radial é o cálculo da redução dos insumos em direção a fronteira eficiente
							# 	   e é obtido pela multiplicação dos insumos observados pela eficiência das respectivas
							#	   unidades, ou pela multiplicação da unidade do insumo da unidade ineficiente pelo
							#	   lambda do(s) seu(s) benchmarks. (ver página 101 de Ferreira e Gomes, 2009)
							# iv) mesmo projetando DMU em direção a fronteira eficiente devido a possibilidade
							#	  de existir alguns seguimentos da fronteira poliangular linear paralelos aos eixos	
							#	  coordenadas é possível ocorrer folgas nesses pontos. Ou seja, mesmo que o movimento
							#	  radial tenha projetado a DMU para a fronteira eficiente é possivel existir alguma
							#	  ineficiencia, que caracterizamos como folga. (ver página 102 de Ferreira e Gomes, 2009)
							# v) o alvo é o movimento radial dimunuido das possíveis folgas

data.frame("eff"=ccr.in$eff,"pro"=produtos,"rad"=ccr.in$eff*produtos,"fol"=ccr.in$sy,"alv"=produtos+ccr.in$sy)	
							# i) eff, ii) produtos observados ou atual, iii) movimento radial, iv) folga e v) alvo
							# o mesmo do exemplo anterior mas agora aplicado para aos produtos

## Problema da Dualidade ## 
# no problema dual do modelo CCR (crs) insumos orientado [maximização] é expressa a forma multiplicada desse modelo, 
# onde os lambdas são substituidos pelos peso insumo (u) e peso produto (v). ver notação pág 72 Ferreira e Gomes (2009)
# 
# os pesos, peso insumo (u) e peso produto (v), que permitem calcular os insumos e produtos virtuais conforme são 
# obtidos na saída do SAID e no modelo insumo orientado multiplicadores (primal) de Coll e Blasco (2006) só são 
# encontrados pelo problema dual no pacote Benchmarking
ccr.in.dual <- dea.dual(insumos, produtos, RTS="crs", ORIENTATION="in")
names(ccr.in.dual)
print(cbind("eff"=ccr.in.dual$eff, ccr.in.dual$u, ccr.in.dual$v), digits=5) 
		# o valor eficiência é exatamente igual aos do SAID e do Excel, mas os pesos apresentam valores diferentes
  
# para detalhes ver tabela 4.8 na página 130 de Ferreira e Gomes (2009) ou nas páginas 117 e 118 tabelas 4.2 e 4.3  


######## CCR Output Orientado #######
# Em benchmarking modelo CCR (crs) output orientado, o problema primal é a maximização do produto dada a
# quantidade de insumos. Modelo envoltório (que usa lambda), ver notação página 130 Ferreira e Gomes (2009)

ccr.out <- dea(insumos, produtos, RTS="crs", ORIENTATION="out", SLACK=TRUE)
summary(ccr.out)
lambda(ccr.out) # apresentou uma pequena mudança no valor dos lambdas comparado com o resultado do SAID, mas como 
				# o modelo é CCR acredito não deveria acontecer isso
lambda(ccr.out, KEEPREF = TRUE)
print(1/ccr.out$eff, digits=2)
which(1/ccr.out$eff == 1 & !ccr.out$slack)
data.frame("eff"=1/ccr.out$eff, "ins"=insumos, "rad"=(1/ccr.out$eff) * insumos, "fol"=ccr.out$sx,
		"alv"=insumos - ccr.in$sx)
data.frame("eff"=1/ccr.out$eff, "pro"=produtos, "rad"=1/ccr.out$eff * produtos, "fol"=ccr.out$sy, 
		"alv"=produtos + ccr.out$sy)	
# apresentou pequenas mudanças diante dos resultodos do SAID #

# o problema dual do modelo CCR (crs) output orientado é a minimização, modelo dos multiplicadores, que considera
# os pesos insumos (u) e produtos (v)
ccr.out.dual <- dea.dual(insumos, produtos, RTS="crs", ORIENTATION="out") # problema dual output orientado
names(ccr.out.dual)
print(cbind("eff"=ccr.out.dual$eff, ccr.out.dual$u, ccr.out.dual$v), digits=5)


######## BCC Input Orientado #######
# Em benchmarking modelo BCC (vrs) input orientado, o problema primal é a minimização do insumos dada a
# quantidade de produtos. Modelo envoltório (que usa lambda), ver notação página 130 Ferreira e Gomes (2009)

bcc.in <- dea(insumos, produtos, RTS="vrs", ORIENTATION="in", SLACK=TRUE) # eff BCC insumo orientado com folgas
summary(bcc.in)
lambda(bcc.in)
lambda(bcc.in, KEEPREF = TRUE)
print(bcc.in$eff, digits=2)
which(bcc.in$eff == 1 & !bcc.in$slack)
data.frame("eff"=bcc.in$eff, "ins"=insumos, "rad"=bcc.in$eff * insumos, "fol"=bcc.in$sx, "alv"=insumos - bcc.in$sx)
data.frame("eff"=bcc.in$eff, "ins"=produtos, "rad"=bcc.in$eff * produtos,"fol"=bcc.in$sy, "alv"=produtos + bcc.in$sy)

## RENDIMENTOS DE ESCALA ## 
# na saida do SAID, além dos pesos do CCR, tem v0 que corresponde ao k da abordagem de Coll e Blasco (2006)  
bcc.in.irs <- dea(insumos, produtos, RTS="irs", ORIENTATION="in", SLACK=TRUE) # eff BCC ins orientado rend crescentes
bcc.in.drs <- dea(insumos, produtos, RTS="drs", ORIENTATION="in", SLACK=TRUE) # eff BCC ins orientado rend decrescentes
			
					# Ferreira e Gomes (2009) página 198
					# CCR = BCC rendimentos constantes de escala
					# DRS = RVE rendimentos decrescentes, se DRS != RVE rendimentos crescentes
					# IRS = RVE rendimentos crescentes, se IRS != RVE rendimentos decrescentes 
data.frame("CRS"=ccr.in$eff,"VRS"=bcc.in$eff, "IRS"=bcc.in.irs$eff, "DRS"=bcc.in.drs$eff, "E_ESC"=ccr.in$eff/bcc.in$eff,
		"REND"=ifelse(ccr.in$eff == bcc.in$eff | bcc.in$eff == bcc.in.irs$eff & bcc.in$eff == bcc.in.drs$eff, 
				"constante", ifelse(bcc.in$eff == bcc.in.drs$eff & bcc.in$eff != bcc.in.irs$eff, "decrescen", 
						"crescente")))
# de modo equivalente pode-se fazer
data.frame("CRS"=ccr.in$eff,"VRS"=bcc.in$eff, "IRS"=bcc.in.irs$eff, "DRS"=bcc.in.drs$eff, "E_ESC"=ccr.in$eff/bcc.in$eff,
		"REND"=ifelse(ccr.in$eff == bcc.in$eff | bcc.in$eff == bcc.in.irs$eff & bcc.in$eff == bcc.in.drs$eff, 
				"constante", ifelse(bcc.in$eff == bcc.in.irs$eff & bcc.in$eff != bcc.in.drs$eff, "crescente", 
						"decrescen")))

# no problema dual do modelo BCC (vrs) insumos orientado [maximização] é expressa na forma multiplicada, onde os 
# lambdas são substituidos pelos peso insumo (u) e peso produto (v). ver notação pág 117 Ferreira e Gomes (2009)
bcc.in.dual <- dea.dual(insumos, produtos, RTS="vrs", ORIENTATION="in")
names(bcc.in.dual)
print(cbind("eff"=bcc.in.dual$eff, bcc.in.dual$u, bcc.in.dual$v), digits=3)


######## BCC Output Orientado #######
# Em benchmarking modelo BCC (vrs) output orientado, o problema primal é a maximização do produto dada a
# quantidade de insumos. Modelo envoltório (que usa lambda), ver notação página 118 Ferreira e Gomes (2009)
bcc.out <- dea(insumos, produtos, RTS="vrs", ORIENTATION="out", SLACK=TRUE)
summary(bcc.out)
lambda(bcc.out)
lambda(bcc.out, KEEPREF = TRUE)
print(1/bcc.out$eff, digits=2)
which(1/bcc.out$eff == 1 & !bcc.out$slack)
data.frame("eff"=1/bcc.out$eff, "ins"=insumos, "rad"=(1/bcc.out$eff) * insumos,"fol"=bcc.out$sx, 
		"alv"=insumos - bcc.in$sx)
data.frame("eff"=1/bcc.out$eff, "pro"=produtos, "rad"=1/bcc.out$eff * produtos,"fol"=bcc.out$sy,
		"alv"=produtos + bcc.out$sy)

bcc.out.irs <- dea(insumos, produtos, RTS="irs", ORIENTATION="out", SLACK=TRUE) # eff BCC out orientado rend crescentes
bcc.out.drs <- dea(insumos, produtos, RTS="drs", ORIENTATION="out", SLACK=TRUE) # eff BCC out orientado rend decrescentes

data.frame("CRS"=ccr.out$eff,"VRS"=bcc.out$eff, "IRS"=bcc.out.irs$eff, "DRS"=bcc.out.drs$eff,
		"E_ESC"=ccr.out$eff/bcc.out$eff, 
		"REND"=ifelse(ccr.out$eff == bcc.out$eff | bcc.out$eff == bcc.out.irs$eff & bcc.out$eff == bcc.out.drs$eff, 
		"constante", ifelse(bcc.out$eff == bcc.out.irs$eff & bcc.out$eff != bcc.out.drs$eff,"crescente","decrescen")))
# de modo equivalente pode-se escrever
data.frame("CRS"=ccr.out$eff,"VRS"=bcc.out$eff, "IRS"=bcc.out.irs$eff, "DRS"=bcc.out.drs$eff,
		"E_ESC"=ccr.out$eff/bcc.out$eff, 
		"REND"=ifelse(ccr.out$eff == bcc.out$eff | bcc.out$eff == bcc.out.irs$eff & bcc.out$eff == bcc.out.drs$eff, 
		"constante", ifelse(bcc.out$eff == bcc.out.drs$eff,"decrescen","crescente")))

### CUIDADO!! quando exite diferença entre as variáves selecionadas, considerando muitas casa 
### decimais, pode ocorrer equívocuo na análise de rendimentos de escala. para evitar esse erro é necessário 
### limitar o número de casa decinais com a função round(x, digits=n)
print(cbind("CRS"=ccr.out$eff, "VRS"=bcc.out$eff, "IRS"=bcc.out.irs$eff,"DRS"=bcc.out.drs$eff), digits=18)
ee <- data.frame(round((cbind("CRS"=ccr.out$eff, "VRS"=bcc.out$eff, "IRS"=bcc.out.irs$eff,"DRS"=bcc.out.drs$eff)), 
				digits=6))
data.frame(ee, "E_ESC"=ee$CRS/ee$VRS,"REND"=ifelse(ee$CRS == ee$VRS | ee$VRS == ee$IRS & ee$VRS == ee$DRS, 
				"constante", ifelse(ee$VRS == ee$IRS & ee$VRS != ee$DRS,"crescente","decrescen")))

# o problema dual BCC (vrs) output orientado é de minimização, na forma multiplicada que considera os pesos dos 
# insumos (u) e produtos (v)
bcc.out.dual <- dea.dual(insumos, produtos, RTS="vrs", ORIENTATION="out") # problema dual
names(bcc.out.dual)
print(cbind("eff"=bcc.out.dual$eff, bcc.out.dual$u, bcc.out.dual$v), digits=5)


######## Análise de Supereficiência #######
# ver Coll e Blasco (2006) capítulo 4 página 135
# ver Ferreira e Gomes (2009) capítulo 4 página 136
s.ccr.in <- sdea(insumos, produtos, RTS="crs", ORIENTATION="in")
data.frame("CRS"=ccr.in$eff, "CCR_SUPER"=s.ccr.in$eff)

s.ccr.out <- sdea(insumos, produtos, RTS="crs", ORIENTATION="out")
data.frame("CCR"=1/ccr.out$eff, "CCR_SUPER"=1/s.ccr.out$eff)

######## Modelo FHD #######
# ver Ferreira e Gomes (2009) capítulo 4 página 143
bcc.in.fhd <- dea(insumos, produtos, RTS="fdh", ORIENTATION="in")
data.frame("CRS"=ccr.in$eff,"VRS"=bcc.in$eff, "IRS"=bcc.in.irs$eff, "DRS"=bcc.in.drs$eff, "FHD"=bcc.in.fhd$eff)

bcc.out.fhd <- dea(insumos, produtos, RTS="fdh", ORIENTATION="out")
data.frame("CRS"=1/ccr.out$eff,"VRS"=1/bcc.out$eff, "IRS"=1/bcc.out.irs$eff, "DRS"=1/bcc.out.drs$eff, 
		"FHD"=1/bcc.out.fhd$eff)

######## Seleção de variáveis ########
cor(coll.blasco, use = "all.obs", method = c("spearman")) # teste de correlação de Spearman
cor(coll.blasco, use = "all.obs", method = c("kendall")) # teste de correlação de Kendall
cor(coll.blasco, use = "all.obs", method = c("pearson")) # teste de correlação de Pearson


######## Eficiência custo (econômica), alocativa, receita e lucro #######
# ver Ferreira e Gomes (2009) capítulo 5 página 213
ins <- data.frame(insumos)
p.ins <- data.frame("px1"=c(2,2,2,2,2,2), "px2"=c(6,4,3,4,3,2))
eff.cost <- cost.opt(ins, produtos, p.ins, RTS="vrs")
print(cbind(ins,p.ins,
		"custo_min"= eff.cost$cost, 
		"eff_econ"=eff.cost$cost/ (ins$x1 * p.ins$px1 + ins$x2 * p.ins$px2), 
		"eff_tec"=bcc.in$eff, 
		"eff_aloc"=(eff.cost$cost/ (ins$x1 * p.ins$px1 + ins$x2 * p.ins$px2))/bcc.in$eff),digits=3)

pro <- data.frame(produtos)
p.pro <- matrix(1,nrow=dim(pro)[1],ncol=2)
eff.renevue <- revenue.opt(ins, pro, p.pro, RTS="vrs")
eff.profit <- profit.opt(ins, pro, p.ins, p.ins, RTS="vrs")

-------------- Próxima Parte ----------
Um anexo em HTML foi limpo...
URL: <http://listas.inf.ufpr.br/pipermail/r-br/attachments/20110816/bc6fd0ab/attachment-0001.html>


Mais detalhes sobre a lista de discussão R-br