30 de setembro de 2026
Modelagem Preditiva de Propensão à Contratação de Empréstimos
Modelagem Preditiva de Propensão à Contratação de Empréstimos
Andressa de Souza; Ana Julia Righetto
DOI: 10.22167/2675-6528-202602667
Artigo derivado de Trabalho de Conclusão de Curso (TCC), com conteúdo baseado no trabalho original do aluno e adaptado ao formato editorial da Revista E&S com apoio da ferramenta ResumeAI, solução de inteligência artificial desenvolvida pelo Instituto Pecege para síntese e organização textual.
Resumo
Diante do desafio do setor financeiro em aprimorar a eficiência na oferta de crédito, desenvolveu-se e comparou-se modelos preditivos de machine learning para estimar a propensão de clientes à contratação de empréstimo pessoal. A metodologia adotada foi quantitativa e aplicada, baseada em um conjunto de dados público com 5.000 registros, obtido na plataforma Kaggle. Treinaram-se e avaliaram-se quatro algoritmos de classificação: Regressão Logística, Random Forest, XGBoost e LightGBM, com divisão em conjuntos de treino e teste. A avaliação de desempenho fundamentou-se nas métricas de AUC, Precisão, Sensibilidade (Recall) e F1-Score, o que permitiu uma análise técnica robusta. Os resultados indicaram que os modelos de ensemble apresentaram desempenho superior ao modelo de referência, com maior capacidade discriminatória na identificação de clientes com maior propensão à contratação de empréstimo pessoal. A análise de importância das variáveis evidenciou que fatores como renda do cliente, gasto médio com cartão de crédito e nível de escolaridade estiveram entre os principais associados à decisão de contratação de empréstimo. A aplicação de modelos de machine learning demonstrou potencial para aprimorar estratégias em instituições financeiras, promovendo maior eficiência na alocação de recursos e competitividade no mercado.
Palavras-chave: instituições financeiras; machine learning; modelos de classificação.
1. Introdução
O setor financeiro enfrenta o desafio constante de aprimorar a eficiência na oferta de crédito e na aquisição de clientes. Apesar dos avanços tecnológicos, as instituições financeiras ainda encontram limitações práticas na condução de estratégias eficazes, especialmente no que tange à predição da probabilidade de contratação de produtos, como empréstimos pessoais (Špicas et al., 2023).
A ausência de mecanismos de predição robustos e uma segmentação de clientes pouco refinada resultam em estratégias de precificação menos diferenciadas e na dificuldade em identificar clientes com maior propensão à contratação de produtos financeiros. Isso limita o direcionamento de ofertas personalizadas e impacta diretamente a rentabilidade, pois a identificação prévia da propensão à contratação é crucial para uma conversão eficiente.
Nesse cenário, a adoção de modelos de machine learning emerge como uma solução promissora para mitigar tais problemas. Esses modelos permitem uma análise preditiva do comportamento do cliente, subsidiando decisões estratégicas mais eficazes (Khodabandehlou e Rahman, 2017). A aplicação de técnicas de Data Science no ambiente corporativo é fundamental para mitigar riscos e extrair informações relevantes de grandes bases de dados, fornecendo análises robustas para decisões estratégicas (Fávero e Belfiore, 2019).
A evolução do uso de modelos de machine learning no setor financeiro tem sido notável. Inicialmente, modelos mais simples como Regressão Logística e Decision Tree eram predominantes. Com o amadurecimento da área, métodos mais sofisticados, como Random Forest e Support Vector Machines, foram incorporados, oferecendo ganhos em precisão e eficiência. Mais recentemente, técnicas de ensemble, como XGBoost e LightGBM, destacam-se pela capacidade de lidar com bases de dados complexas e com grande volume de registros (Khodabandehlou e Rahman, 2017).
A literatura também ressalta a influência de fatores pessoais, socioeconômicos e comportamentais na decisão de contratação de produtos de crédito (Contreras Pinochet et al., 2019). Fatores como idade, renda, escolaridade e tempo de relacionamento com a instituição financeira são frequentemente associados a essa decisão. Adicionalmente, aspectos de marketing, incluindo características do produto, políticas de preços e estratégias promocionais, são relevantes na percepção de valor e na diferenciação entre instituições financeiras em mercados competitivos (Baumann et al., 2007).
A capacidade de prever a propensão à contratação de produtos de crédito contribui significativamente para a eficiência na aquisição de clientes. Isso permite a priorização de leads com maior probabilidade de conversão, a redução de gastos com campanhas de marketing ineficazes e a otimização das estratégias de precificação. Dessa forma, a predição acurada do comportamento do cliente favorece uma alocação mais eficiente de recursos e fortalece a competitividade das instituições financeiras (Romanenko et al., 2024). Diante desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo implementar e comparar o desempenho de diferentes algoritmos de classificação supervisionada aplicados à predição da propensão de clientes à contratação de empréstimos, utilizando uma base de dados pública que simula características observadas em dados reais do setor financeiro, e identificar as variáveis que possuem maior influência na decisão da contratação de empréstimo com a análise de importância de variáveis, fornecendo insights relevantes para otimização de estratégias de precificação e segmentação de clientes em instituições financeiras.
2. Material e Métodos
O presente estudo caracterizou-se por uma abordagem quantitativa e de natureza aplicada, visando implementar e comparar o desempenho de algoritmos de classificação supervisionada. O objetivo foi predizer a propensão de clientes à contratação de empréstimos e identificar as variáveis de maior influência nessa decisão, fornecendo subsídios para otimização de estratégias em instituições financeiras.
A base de dados utilizada, intitulada “Bank Personal Loan Modelling”, foi obtida publicamente na plataforma Kaggle (Kaggle, 2017). O conjunto de dados, disponibilizado em 2017, continha 5.000 registros. Estes registros incluíam informações demográficas, financeiras e comportamentais de clientes de uma instituição financeira, sendo a variável alvo, “Personal Loan”, um indicador binário da contratação (1) ou não contratação (0) de um empréstimo pessoal.
Inicialmente, realizou-se uma análise exploratória dos dados para compreender a estrutura da base, identificar padrões de comportamento e a distribuição das variáveis. Essa etapa também permitiu avaliar possíveis inconsistências antes da fase de modelagem preditiva, garantindo a qualidade e a adequação dos dados para as análises subsequentes.
As variáveis consideradas no estudo abrangiam dados demográficos como idade, experiência profissional, número de pessoas na família e nível de escolaridade. Informações financeiras incluíam renda, gasto médio com cartão de crédito, valor do financiamento imobiliário, e a posse de conta de investimentos, certificado de depósito ou cartão de crédito. A variável alvo, “Personal Loan”, indicava a contratação ou não de empréstimo pessoal.
Na etapa de pré-processamento, padronizaram-se os nomes das variáveis, removendo espaços e convertendo para letras minúsculas, a fim de evitar inconsistências. Verificou-se a existência de valores ausentes e a necessidade de exclusão de variáveis sem valor preditivo. As variáveis foram classificadas em numéricas e categóricas, mesmo que já estivessem codificadas numericamente na base de origem.
Em seguida, os dados foram separados em conjuntos de treino (70%) e teste (30%), utilizando a abordagem de validação por conjunto de teste (James et al., 2023). Essa proporção foi adotada para equilibrar o número de observações para o treino dos modelos e a manutenção de dados suficientes para a avaliação. A distribuição original e desbalanceada dos dados foi mantida durante o treinamento.
Para a modelagem preditiva, implementaram-se quatro algoritmos de classificação supervisionada. Foram utilizados a Regressão Logística, como modelo de referência (Hosmer et al., 2013), e técnicas de ensemble mais avançadas, como Random Forest (Breiman, 2001), XGBoost (Chen e Guestrin, 2016) e LightGBM (Ke et al., 2017). Para a definição dos hiperparâmetros, optou-se pelos parâmetros padrão das bibliotecas, visando garantir comparabilidade e evitar o ajuste excessivo aos dados (Fávero e Belfiore, 2019).
A estabilidade dos resultados foi avaliada utilizando diferentes sementes aleatórias, testando-se duas sementes distintas para verificar a consistência dos algoritmos. O processamento dos dados e a implementação dos algoritmos foram realizados na linguagem de programação Python, no ambiente Visual Studio Code (VS Code). As bibliotecas Pandas, NumPy, Matplotlib, Seaborn, Scikit-learn, XGBoost e LightGBM foram empregadas para manipulação de dados, visualização e modelagem preditiva.
Após a implementação dos modelos, realizou-se a análise comparativa de desempenho com base em métricas de Acurácia, Precisão, Sensibilidade (Recall) e F1-Score. Adicionalmente, foram utilizadas a Curva ROC e a Área sob a Curva (AUC), consideradas adequadas para problemas de classificação binária com classes desbalanceadas (Fawcett, 2006). Essas métricas foram derivadas da Matriz de Confusão, conforme descrito por Fávero e Belfiore (2019).
A Acurácia mensurou a proporção de predições corretas em relação ao total de observações. A Precisão quantificou a proporção de predições positivas que foram feitas corretamente, indicando a probabilidade de um cliente classificado como propenso realmente contratar o empréstimo. A Sensibilidade, ou Recall, mediu a proporção de casos positivos reais identificados corretamente, refletindo a capacidade do algoritmo de encontrar clientes que de fato contratariam o empréstimo. O F1-Score, por sua vez, representou a média harmônica entre Precisão e Sensibilidade, sendo uma métrica fundamental para avaliar o modelo em bases de dados desbalanceadas (Fávero e Belfiore, 2019).
Adicionalmente, analisou-se a importância das variáveis (“feature importance”) estimada a partir dos modelos baseados em árvore. O objetivo foi identificar os atributos que exerceram maior influência na estimativa da propensão à contratação de empréstimos, fornecendo subsídios para a tomada de decisão em instituições financeiras.
3. Resultados e Discussão
A análise exploratória dos dados revelou características importantes do conjunto utilizado para a modelagem preditiva. Inicialmente, identificou-se uma inconsistência na variável “experience”, que apresentava valores negativos em aproximadamente 1% dos registros. Esse achado foi interpretado como um erro de registro, e os valores foram ajustados para zero, representando clientes sem experiência profissional. Adicionalmente, a variável alvo, “personal_loan”, que indica a contratação de empréstimo pessoal, demonstrou uma distribuição desbalanceada, com 90,4% dos clientes não contratando o produto e 9,6% realizando a contratação. Essa assimetria sublinhou a necessidade de priorizar métricas de avaliação de desempenho adequadas para problemas de classificação com classes desbalanceadas, como Precisão, Sensibilidade e F1-Score, em vez de depender exclusivamente da Acurácia, conforme discutido por Fawcett (2006).
Os histogramas das variáveis numéricas, como “income” (renda do cliente) e “ccavg” (gasto médio no cartão de crédito), indicaram assimetria em suas distribuições, com concentração de observações em faixas específicas e a presença de valores extremos. Esse padrão é comum em bases de dados do setor financeiro e reforça a importância de modelos robustos capazes de lidar com essa estrutura. A análise das distribuições dessas variáveis em relação à contratação de empréstimo pessoal revelou diferenças significativas entre os grupos. Clientes que contrataram empréstimos apresentaram, em média, renda e gasto com cartão de crédito mais elevados, sugerindo que esses fatores possuem um potencial discriminatório relevante na identificação da propensão à contratação do produto.
A matriz de correlação entre as variáveis numéricas identificou uma forte correlação positiva entre “experience” (tempo de experiência profissional) e “age” (idade do cliente), um resultado esperado, pois o tempo de experiência profissional tende a aumentar com a idade. Observou-se também uma correlação positiva moderada entre “income” e “ccavg”, o que é consistente com o comportamento financeiro, onde a capacidade de gasto com cartão de crédito geralmente acompanha a renda. Embora a presença de multicolinearidade possa influenciar a interpretabilidade dos coeficientes em modelos lineares como a Regressão Logística, os algoritmos baseados em árvores de decisão, como Random Forest, XGBoost e LightGBM, demonstraram robustez a essa característica, minimizando seu impacto no desempenho preditivo.
A avaliação do desempenho dos modelos preditivos foi realizada com base em métricas como AUC, Precisão, Sensibilidade (Recall) e F1-Score, consideradas mais adequadas para cenários com classes desbalanceadas, como o observado neste estudo. A Acurácia, embora calculada, foi analisada com cautela, pois pode apresentar valores elevados mesmo com baixa capacidade de identificar a classe minoritária, levando a interpretações imprecisas. A Sensibilidade, que mede a proporção de verdadeiros positivos identificados, foi crucial para avaliar a capacidade do modelo de capturar clientes com real propensão à contratação, diretamente ligada à potencial geração de receita. Por outro lado, a Precisão, que indica a proporção de predições positivas corretas, foi fundamental para avaliar a eficiência operacional, minimizando contatos desnecessários.
A comparação entre os algoritmos de classificação revelou a superioridade dos modelos baseados em técnicas de “ensemble” na identificação de clientes com maior propensão à contratação de empréstimos. A Regressão Logística, utilizada como modelo de referência, apresentou a menor Sensibilidade, atingindo 64,6%. Isso significa que o modelo falhou em identificar 35,4% dos clientes que realmente contratariam o empréstimo, resultando em uma perda significativa de oportunidades comerciais. Em contraste, os modelos LightGBM, XGBoost e Random Forest demonstraram desempenho substancialmente superior em todas as métricas avaliadas, confirmando a eficácia das abordagens de ensemble para este tipo de problema de classificação, conforme observado na literatura por Khodabandehlou e Rahman (2017).
Entre os modelos de ensemble, LightGBM e XGBoost destacaram-se com os maiores valores de Precisão e F1-Score. Ambos os algoritmos alcançaram 95,6% de Precisão e 93,2% de F1-Score, indicando que suas predições positivas foram altamente confiáveis e que apresentaram um excelente equilíbrio entre Precisão e Sensibilidade. O Random Forest também exibiu um desempenho robusto, com 97,0% de Precisão e 93,1% de F1-Score, ligeiramente abaixo dos outros dois em Sensibilidade. Esses resultados demonstram que LightGBM e XGBoost são particularmente adequados para utilização em campanhas de marketing e estratégias de precificação, pois minimizam o desperdício de recursos operacionais ao mesmo tempo em que maximizam a identificação de clientes potenciais.
As curvas ROC e os valores de AUC corroboraram a superioridade dos modelos de ensemble. A Regressão Logística obteve um AUC de 95,1%, enquanto Random Forest e XGBoost alcançaram 99,7%, e LightGBM apresentou o valor mais elevado, com 99,8%. Esses valores próximos de 100% indicam uma alta capacidade discriminatória dos modelos de ensemble na distinção entre clientes que contratam e não contratam empréstimos. No entanto, é importante considerar que esse desempenho elevado pode ser parcialmente atribuído às características da base de dados utilizada, que possui uma natureza simplificada e uma estrutura relativamente bem definida, com variáveis fortemente relacionadas à variável alvo, o que pode não refletir a mesma performance em ambientes reais mais complexos, conforme apontado por Fawcett (2006).
A superioridade do LightGBM em Sensibilidade e Precisão tem um impacto gerencial significativo, especialmente em cenários de oferta ativa de empréstimos. Em um cenário hipotético de uma campanha de oferta de empréstimo pessoal para 100.000 clientes, com uma taxa de conversão real de 10% (10.000 clientes com propensão à contratação), o modelo LightGBM, com Sensibilidade de 91,0%, identificaria aproximadamente 9.100 desses clientes. Em contraste, a Regressão Logística, com Sensibilidade de 64,6%, identificaria apenas cerca de 6.460 clientes. Essa diferença representa a perda de aproximadamente 2.640 potenciais clientes que não seriam abordados, impactando diretamente a geração de receita. Financeiramente, assumindo um valor médio de empréstimo de R$ 4.000 por cliente, essa lacuna se traduz em um potencial adicional de aproximadamente R$ 10,56 milhões em volume de crédito concedido.
Em termos de eficiência operacional, a maior Precisão do LightGBM (95,6%) em comparação com a Regressão Logística (83,0%) garante uma alocação mais eficaz do orçamento da campanha. Considerando as predições positivas, o LightGBM geraria aproximadamente 4,4% de falsos positivos, resultando em cerca de 440 contatos ineficientes para cada 10.000 clientes abordados. A Regressão Logística, por sua vez, resultaria em aproximadamente 17,0% de falsos positivos, ou seja, cerca de 1.700 abordagens sem retorno. Essa diferença evidencia um desperdício significativamente maior de recursos operacionais e um potencial desgaste no relacionamento com clientes ao utilizar o modelo de referência. Assim, a maior complexidade computacional dos modelos baseados em árvore se traduz em maior eficiência econômica, melhor aproveitamento das oportunidades comerciais e vantagem competitiva para as instituições financeiras, conforme destacado por Fávero e Belfiore (2019).
A análise de importância das variáveis (“feature importance”), estimada pelos modelos Random Forest, XGBoost e LightGBM, revelou consistência nos principais fatores explicativos da propensão à contratação de empréstimos. As variáveis “income” (renda do cliente), “ccavg” (gasto médio com cartão de crédito) e “education” (nível de escolaridade) apareceram consistentemente entre as mais relevantes em todos os modelos de ensemble. Esses resultados reforçam a coerência dos modelos com o comportamento esperado no contexto de negócios, uma vez que características financeiras e socioeconômicas são amplamente reconhecidas na literatura como influenciadoras diretas da decisão de contratação de produtos de crédito (Contreras Pinochet et al., 2019). A identificação desses fatores permite às instituições financeiras refinar suas estratégias de segmentação e personalização de ofertas.
Apesar dos resultados promissores e do alto poder preditivo dos modelos selecionados, o estudo apresentou algumas limitações metodológicas que merecem consideração. A principal delas reside na utilização de uma base de dados pública com um número relativamente baixo de registros (5.000), o que pode ter contribuído para os valores de AUC elevados, que podem não ser replicáveis em ambientes reais mais complexos. Além disso, a base de dados era estática, não capturando a evolução do comportamento dos clientes ao longo do tempo nem o impacto de variáveis macroeconômicas dinâmicas, como flutuações na taxa de juros (Selic), inflação ou níveis de desemprego, que afetam diretamente a propensão à contratação de empréstimos. Essa característica limita a generalização dos resultados para cenários de mercado mais voláteis.
Outra limitação importante foi a não aplicação de técnicas de balanceamento de classes, como SMOTE, o que pode ter restringido o desempenho do modelo de referência, a Regressão Logística, e representa uma oportunidade de melhoria para estudos futuros. Para validar a robustez e estabilidade dos algoritmos de machine learning em diferentes cenários econômicos, trabalhos futuros poderiam se beneficiar da utilização de bases de dados mais abrangentes, incluindo uma gama maior de variáveis e indicadores econômicos temporais. Adicionalmente, a exploração de técnicas de otimização de hiperparâmetros, como GridSearchCV, poderia maximizar a capacidade preditiva dos algoritmos de “ensemble” em cenários reais, aprimorando ainda mais a aplicabilidade prática dos modelos em instituições financeiras.
Em síntese, os resultados obtidos demonstram que os modelos de machine learning baseados em técnicas de “ensemble”, especialmente LightGBM e XGBoost, superaram significativamente o modelo de Regressão Logística na predição da propensão de clientes à contratação de empréstimos. Essa superioridade foi evidenciada por métricas de desempenho robustas, como AUC, Precisão, Sensibilidade e F1-Score, que indicaram maior capacidade discriminatória e eficiência na identificação de clientes potenciais. A análise de importância das variáveis confirmou que fatores como renda, gasto com cartão de crédito e escolaridade são determinantes nessa decisão, fornecendo insights valiosos para a otimização de estratégias de precificação e segmentação de clientes. A aplicação desses modelos oferece um potencial considerável para aprimorar a eficiência na alocação de recursos e fortalecer a competitividade das instituições financeiras, contribuindo para uma tomada de decisão mais informada e estratégica.
4. Conclusão
O presente estudo buscou implementar e comparar algoritmos de classificação supervisionada para predizer a propensão de clientes à contratação de empréstimos, além de identificar as variáveis mais influentes nessa decisão, visando otimizar estratégias de precificação e segmentação em instituições financeiras. Verificou-se que os modelos baseados em técnicas de ensemble, notadamente LightGBM e XGBoost, apresentaram desempenho preditivo superior em comparação com a Regressão Logística, o modelo de referência. Essa superioridade foi evidenciada por métricas como AUC, Precisão, Sensibilidade e F1-Score, que indicaram maior capacidade discriminatória na identificação de clientes com alta propensão à contratação. A análise de importância das variáveis revelou que a renda do cliente, o gasto médio com cartão de crédito e o nível de escolaridade estiveram consistentemente entre os fatores mais relevantes. A aplicação desses modelos demonstra um potencial significativo para aprimorar a eficiência na aquisição de clientes, otimizar a alocação de recursos e fortalecer a competitividade no setor financeiro, ao permitir uma tomada de decisão mais informada e estratégica.
Contudo, os resultados devem ser interpretados com cautela, dadas as limitações metodológicas do estudo. A principal delas reside na utilização de uma base de dados pública, com um número relativamente baixo de registros e de natureza estática, o que pode ter contribuído para os valores elevados de AUC e não reflete a complexidade de ambientes reais, que incluem a evolução do comportamento do cliente e variáveis macroeconômicas dinâmicas. Além disso, a não aplicação de técnicas de balanceamento de classes representou uma restrição. Para estudos futuros, sugere-se a utilização de bases de dados mais abrangentes, que incorporem uma gama maior de variáveis e indicadores econômicos temporais, a fim de validar a robustez e estabilidade dos algoritmos em cenários mais realistas. A exploração de técnicas de otimização de hiperparâmetros também pode maximizar a capacidade preditiva dos modelos de ensemble, aprimorando sua aplicabilidade prática.
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Artigo oriundo de Trabalho de Conclusão de Curso da Especialização em Data Science e Analytics do MBA USP/Esalq
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