Desarrollo de un modelo de inteligencia artificial para ayudar en la toma de decisiones en política pública aplicado a la vocación agrícola desde la perspectiva sociodemográfica en el territorio colombiano

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

The main purpose of this doctoral thesis is to develop an artificial intelligence model as a mechanism for public policymakers to improve decision-making processes and enhance the agricultural vocation in Colombia, considering sociodemographic variables. Therefore, three main objectives were defined: first, the development of a conceptual model of the agricultural vocation; second, the design and implementation of the model; and third, the evaluation of the model. The first step included a conceptual revision of public policies and artificial intelligence, and a state-of-the-art revision. On the one hand, public policies related to the agricultural sector and employment in Colombia between 2006 and 2022 were analyzed; on the other hand, a systematic revision of artificial intelligence applied to research on agricultural policies was also carried out. An evolution was observed in the agricultural policies: the focus was rooted in the productivity of the sector, to later prioritize sustainable development. In addition to agricultural processes, the use of artificial intelligence has reached evaluation and prevision processes for efficient use of natural resources like water and land, aiming to anticipate economic and environmental impacts and promotion of sustainable development. After the conceptual review, which included a systematic revision of relevant scientific publications followed by a qualitative-quantitative analysis, a conceptual model and a state-of-the-art for the agricultural vocation was developed. The development of the mode revealed that the agricultural vocation embodies three essential perspectives for sustainable development: sociodemographic, economic, and environmental. Consequently, the model integrates such perspectives as well as technological and public policy variables to support public agrarian policy processes. During the design, the most significant findings show agrarian public policies must be comprehensive and include healthcare issues, education, security, and infrastructure in rural zones to guarantee efficient and sustainable production. The next step was developing the computational model, which included creating the database. The first step involved generating various indexes using the sociodemographic variables taken from the conceptual model. The sources of information were mainly governmental and an imputation process was carried out to complete the missing data. A correspondence analysis was completed using the database and the conceptual model as references to identify relationships between variables starting from the Colombian data. Thus, a more suitable computational design for the conditions set was established. From this design, more suitable techniques and configurations were implemented for both predictions and phenomenon analysis. The techniques employed included artificial neural networks, support vector machines, and neuro-fuzzy inference systems. One of the main findings taken from the model implementation revealed that public policies intended to promote agricultural employment must be based on promoting secondary school or higher education for the rural population; besides, agricultural employment must be formalized with open-ended contracts and decent wages. During the evaluation of the computational model, it was concluded that artificial neural networks are one of the most efficient techniques for making predictions, followed by neuro-fuzzy inference. Nevertheless, the neuro-fuzzy inference system proved to be the most suitable technique useful for understanding the phenomenon, and thus providing public policy guidelines focused on agricultural vocation.

Descripción

La presente tesis doctoral tuvo como objetivo desarrollar un modelo de inteligencia artificial como herramienta para los formuladores de políticas públicas, orientado a mejorar la toma de decisiones en relación con la vocación agrícola en Colombia, considerando variables sociodemográficas. Para lograr este propósito, se establecieron tres objetivos específicos: primero, desarrollar el modelo conceptual de la vocación agrícola; segundo, diseñar e implementar el modelo computacional; y tercero, evaluar dicho modelo. Para alcanzar estos objetivos, se realizó inicialmente una revisión conceptual sobre políticas públicas e inteligencia artificial, complementada con una revisión del estado del arte. Por un lado, se revisaron y analizaron las políticas públicas relacionadas con el sector agrícola y el empleo en Colombia entre 2006 y 2022; por otro, se llevó a cabo una revisión sistemática de investigaciones que han aplicado inteligencia artificial en la formulación de políticas agrarias. En el análisis de las políticas agrarias en Colombia se observó una evolución: su enfoque inicial estuvo en la productividad del sector, para luego priorizar el desarrollo sostenible. Por otro lado, se ha hecho uso de la inteligencia artificial en procesos de evaluación y previsión en el uso eficiente de recursos naturales como la tierra y el agua, además de procesos agrícolas, con el fin de anticipar su impacto económico y ambiental y promover un desarrollo sostenible. Tras la revisión conceptual y del estado del arte, se procedió a desarrollar el modelo conceptual de la vocación agrícola. Para ello, se llevó a cabo una revisión sistemática de publicaciones científicas relevantes, seguida de un análisis cualitativo y cuantitativo de las mismas. El desarrollo del modelo conceptual reveló que la vocación agrícola tiene tres perspectivas que constituyen los pilares del desarrollo sostenible: sociodemográfica, económica y ambiental. En consecuencia, el modelo integra estos tres componentes, además de variables tecnológicas y de políticas públicas, con el fin de apoyar el proceso de formulación de políticas públicas agrarias. Durante el diseño, uno de los hallazgos más relevantes muestra que las políticas públicas agrarias deben ser integrales e incluir los temas de salud, educación, seguridad e infraestructura en las zonas rurales para garantizar una producción agrícola eficiente y sostenible. Una vez finalizado el desarrollo del modelo conceptual, se procedió al diseño del modelo computacional. El primer paso fue la creación de la base de datos, para lo cual se recopilaron datos relacionados con las variables sociodemográficas del modelo conceptual, generándose diferentes índices. Las fuentes de información utilizadas fueron gubernamentales, y se llevó a cabo un proceso de imputación para completar los datos faltantes. Con la base de datos y el modelo conceptual como referencia, se realizó un análisis de correspondencia para identificar las relaciones entre variables a partir de los datos de Colombia, estableciendo así el diseño computacional más adecuado para las condiciones establecidas. A partir de este diseño, se implementaron las mejores técnicas y configuraciones para realizar tanto predicciones como análisis del fenómeno. Las técnicas empleadas incluyeron redes neuronales artificiales, máquinas de soporte vectorial y sistemas de inferencia neuro-difusa. La implementación del modelo reveló varios hallazgos importantes, siendo uno de los principales que las políticas públicas destinadas a fomentar el empleo agrícola en zonas rurales deben basarse en la promoción de la educación secundaria o superior para la población rural, y en la formalización del empleo agrícola mediante contratos a término indefinido con salarios dignos. Durante la evaluación del modelo computacional, se concluyó que la técnica más eficaz para realizar predicciones es la de redes neuronales artificiales, seguida del sistema de inferencia neuro-difusa. Sin embargo, para comprender mejor el fenómeno y proporcionar una herramienta útil para formular lineamientos de políticas públicas enfocadas en la vocación agrícola, el sistema de inferencia neuro-difusa es la técnica más adecuada.

Palabras clave

Colombia, Desarrollo sostenible, Formulación de políticas públicas, Inteligencia artificial, Sociodemográfico, Política pública, Vocación agrícola

Materias

Doctorado en Ingeniería -- Tesis y disertaciones académicas , Inteligencia artificial -- Colombia , Vocación agrícola -- Colombia -- Aspectos sociodemográficos , Toma de decisiones -- Colombia

Citación