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Aplicación del algoritmo expectation–maximization en modelos de clustering para analizar el comportamiento del valor del suelo rural: estudio de caso en el municipio de Sopetrán, Antioquia

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2026-01-14

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Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas

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Florez Percy, Vanessa; Fontecha Castañeda, Maria Camila (2026). Aplicación del algoritmo expectation–maximization en modelos de clustering para analizar el comportamiento del valor del suelo rural: estudio de caso en el municipio de Sopetrán, Antioquia. Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/100758

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Resumen

Land valuation in Colombia has historically relied on traditional methodologies such as the comparative market method, income capitalization, and the cost method. These methods have played a fundamental role in the development of cadastral and appraisal processes in the country, providing a technical framework that has allowed for value estimation for several decades. However, their application in rural contexts presents significant limitations due to the inherent complexity of these territories, where factors such as topographic variability, heterogeneity in soil productivity and potential, regulatory specificities, and the dynamics of the rural market converge (Ballesteros, 2004; IGAC, 2016). This spatial and functional diversity makes it difficult to obtain homogeneous estimates using conventional tools, highlighting the need to review and strengthen the methodological approaches employed. In this context, the implementation of multipurpose cadastre has highlighted the importance of modernizing the methodologies used in the mass valuation of properties, promoting approaches that offer greater levels of automation, accuracy, and adaptability to the country's territorial diversity (IGAC, 2016). While traditional methods remain valid, this situation has created an opportunity to incorporate technological tools that optimize efficiency and improve the quality of valuation processes. In particular, artificial intelligence-based techniques, and specifically clustering algorithms, have gained relevance by allowing the classification of spatial units without the need for predefined categories, facilitating the identification of patterns in scenarios characterized by high heterogeneity, such as rural land (Jain, Murty & Flynn, 1999; Xu & Wunsch, 2005). Within the use of machine learning techniques applied to territorial analysis, the Weka software has become a widely used tool, thanks to its open source nature and the availability of multiple unsupervised learning algorithms (Witten, Frank & Hall, 2011).Among the most commonly used clustering methods are the k-means algorithm, which groups observations by minimizing internal variance (MacQueen, 1967; Lloyd, 1982); hierarchical clustering, which generates hierarchical clustering structures from agglomerative and divisive processes (Murtagh & Contreras, 2012); and density-based algorithms, such as DBSCAN, which identify clusters with irregular shapes and detect outliers in the data (Ester et al., 1996). In addition to these approaches, there is the Expectation-Maximization (EM) algorithm, based on probabilistic models, which iteratively estimates the membership of each observation in different groups by maximizing the likelihood function, making it particularly suitable for analyzing heterogeneous data

Descripción

La valoración del suelo en Colombia ha estado históricamente apoyada en metodologías tradicionales como el método comparativo de mercado, la capitalización de rentas y el método de costos. Estos métodos han desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de los procesos catastrales y de avalúos en el país, al proporcionar un marco técnico que ha permitido la estimación de valores durante varias décadas. No obstante, su aplicación en contextos rurales presenta limitaciones significativas, debido a la complejidad inherente de estos territorios, donde confluyen factores como la variabilidad topográfica, la heterogeneidad en la productividad y el potencial del suelo, las particularidades normativas y las dinámicas propias del mercado rural (Ballesteros, 2004; IGAC, 2016). Esta diversidad espacial y funcional dificulta la obtención de estimaciones homogéneas mediante herramientas convencionales, lo que pone de manifiesto la necesidad de revisar y fortalecer los enfoques metodológicos utilizados. En este escenario, la implementación del catastro multipropósito ha resaltado la importancia de modernizar las metodologías empleadas en la valoración masiva de inmuebles, promoviendo enfoques que ofrecen mayores niveles de automatización, precisión y capacidad de adaptación a la diversidad territorial del país (IGAC, 2016). Si bien los métodos tradicionales continúan siendo vigentes, este contexto ha abierto una oportunidad para la incorporación de herramientas tecnológicas que optimicen la eficiencia y mejoren la calidad de los procesos de valoración. En particular, las técnicas basadas en inteligencia artificial, y específicamente los algoritmos de agrupamiento o clustering, han cobrado relevancia al permitir la clasificación de unidades espaciales sin la necesidad de categorías predefinidas, facilitando la identificación de patrones en escenarios caracterizados por una alta heterogeneidad, como ocurre en el suelo rural (Jain, Murty & Flynn, 1999; Xu & Wunsch, 2005). Dentro del uso de técnicas de aprendizaje automático aplicadas al análisis territorial, el software Weka se ha consolidado como una herramienta ampliamente utilizada, gracias a su carácter de código abierto y a la disponibilidad de múltiples algoritmos de aprendizaje no supervisado (Witten, Frank & Hall, 2011). Entre los métodos de clustering más empleados se encuentran el algoritmo k-means, que agrupa las observaciones mediante la minimización de la varianza interna (MacQueen, 1967; Lloyd, 1982); el hierarchical clustering, que genera estructuras jerárquicas de agrupamiento a partir de procesos aglomerativos y divisivos (Murtagh & Contreras, 2012); y los algoritmos basados en densidad, como DBSCAN, que permiten identificar conglomerados con formas irregulares y detectar valores atípicos en los datos (Ester et al., 1996). A estos enfoques se suma el algoritmo Expectation–Maximization (EM), fundamentado en modelos probabilísticos, el cual permite estimar de manera iterativa la pertenencia de cada observación a los distintos grupos mediante la maximización de la función de verosimilitud, resultando especialmente adecuado para el análisis de información heterogénea

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