Artigo

30 de setembro de 2026

Segmentação de clientes em varejo online por meio de k-means

Segmentação de Clientes em Varejo Online por Meio de K-means

Claudecir Réboli Junior; Henrique Raymundo Gioia

DOI: 10.22167/2675-6528-202602784

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

No contexto da crescente relevância dos dados para a tomada de decisão organizacional, a segmentação de clientes foi analisada como instrumento estratégico para geração de valor em empresas de varejo online. O objetivo consistiu em segmentar os clientes de uma base transacional de uma loja online, visando identificar padrões de consumo e apoiar decisões de marketing. Para isso, utilizou-se uma abordagem quantitativa, com aplicação de técnicas de tratamento de dados, categorização manual de produtos e normalização por Z-Score, seguida da implementação do algoritmo K-Means. A definição do número de clusters considerou os métodos da silhueta e do cotovelo, complementados por uma análise angular. Os resultados evidenciaram uma estrutura altamente concentrada, na qual a maior parte dos clientes apresentou baixo valor individual, enquanto uma pequena parcela concentrou significativa participação no faturamento. Constatou-se a presença de clusters unitários, interpretados como clientes de comportamento extremo e alto valor estratégico. A análise permitiu identificar diferentes perfis de consumo e propor estratégias distintas, desde ações escaláveis até abordagens altamente personalizadas. Concluiu-se que a segmentação baseada em dados possibilitou maior compreensão do comportamento dos clientes e forneceu subsídios relevantes para decisões gerenciais, destacando oportunidades de crescimento e riscos associados à concentração de receita.

Palavras-chave: Análise de dados; Comportamento do consumidor; Clusterização; Segmentação de mercado; Varejo.

1. Introdução

No mundo contemporâneo, a consolidação de uma cultura de tomada de decisão orientada por dados (data-driven) tornou-se um objetivo estratégico para a maioria das organizações. Contudo, dados brutos, por si só, não sustentam decisões eficazes; é indispensável submetê-los a processos de tratamento, organização e análise, de modo a convertê-los em informações relevantes e consistentes (Herdiana et al., 2025).

A capacidade de transformar dados em informações valiosas é crucial para a criação de valor em empresas. Falcão et al. (2016) destacam que o valor da informação para uma organização depende diretamente da habilidade do gestor em analisá-la e utilizá-la para a tomada de decisão correta, com a finalidade de alcançar objetivos específicos.

Nesse cenário, a segmentação de clientes emerge como uma estratégia fundamental. Kotler e Keller (2012) fundamentam que a divisão do mercado em segmentos é essencial, pois os consumidores possuem preferências diversas. John et al. (2023) reforçam que essa estratégia permite às organizações compreender e atender melhor às demandas de seus consumidores, agrupando-os com base em características compartilhadas. Haley (1968) complementa que é mais eficaz aproveitar segmentos de mercado já existentes do que tentar criar novos, adaptando as estratégias de marketing às necessidades dos consumidores.

Para a segmentação de mercado, diversas metodologias são empregadas, sendo o algoritmo K-Means uma das mais frequentes, conforme apontado por Gomes e Meisen (2023) em uma revisão literária. A popularidade do K-Means reside em sua simplicidade e capacidade de aplicação em grandes bases de dados. Este método insere-se no campo do aprendizado de máquina não supervisionado, onde algoritmos são utilizados para identificar estruturas e agrupamentos naturais nos dados sem supervisão prévia (Mahesh, 2019; Goldschmidt e Passos, 2005).

Apesar da vasta utilização de técnicas de segmentação de clientes na literatura, observa-se uma lacuna na aplicação prática dessas abordagens em bases transacionais reais. Essa lacuna é particularmente evidente na identificação de padrões de consumo que possam ser diretamente traduzidos em ações de negócios eficazes.

Nesse sentido, a presente pesquisa busca responder à seguinte questão: como a aplicação do algoritmo K-Means em dados transacionais de varejo online pode contribuir para a identificação de segmentos de clientes com relevância estratégica?

A relevância deste estudo reside na possibilidade de fornecer uma compreensão aprofundada do comportamento dos clientes, oferecendo subsídios para decisões gerenciais e destacando oportunidades de crescimento e riscos associados à concentração de receita. Diante desse contexto, o presente trabalho tem como objetivo segmentar clientes de uma base transacional de varejo online por meio do algoritmo K-Means, visando identificar perfis de consumo distintos e analisar suas implicações para a formulação de estratégias de marketing, retenção e maximização de valor do cliente.

2. Material e Métodos

A presente pesquisa adotou uma abordagem metodológica quantitativa, com o propósito de segmentar clientes de uma base transacional de varejo online. O estudo concentrou-se na aplicação de técnicas de tratamento de dados, análise exploratória e algoritmos de aprendizado de máquina não supervisionado, visando identificar padrões de consumo. Essa metodologia foi selecionada para responder à questão de pesquisa sobre a contribuição do algoritmo K-Means na identificação de segmentos de clientes com relevância estratégica.

O objeto empírico consistiu em um conjunto de dados transacionais públicos, denominado “Online Retail”, obtido no UC Irvine Machine Learning Repository. A base de dados corresponde a registros de transações de uma empresa de varejo online, localizada no Reino Unido, abrangendo o período de dezembro de 2010 a dezembro de 2011. Inicialmente, o conjunto era composto por 541.909 registros e oito variáveis: InvoiceNo, StockCode, Description, Quantity, InvoiceDate, UnitPrice, CustomerID e Country.

As etapas iniciais de limpeza e manipulação dos dados foram realizadas no software Microsoft Excel, utilizando a ferramenta Power Query. Foram removidas observações com valores nulos ou espaços em branco nas variáveis CodCliente e Descricao, bem como registros onde a Quantidade era inferior ou igual a zero. Observações de CodEstoque que não representavam produtos (como taxas) também foram excluídas. Após a limpeza, a base de dados foi reduzida para 396.370 observações.

Em seguida, realizou-se a categorização manual dos produtos em categorias como Acessórios, Alimentos, Animais, Brinquedos, Cozinha, Decoração, Iluminação, Jardim, Materiais, Papelaria, Romântico, Sazonal, Utilidades, Vidros, Vintage e Outros. Essa categorização visou estruturar os dados para a segmentação, garantindo coerência com o contexto do negócio e reprodutibilidade do estudo (Falcão et al., 2016; Gomes e Meisen, 2023). Após a categorização, somou-se o valor transacionado por cliente em cada categoria.

A segmentação de clientes foi conduzida por meio de uma abordagem computacional baseada em Machine Learning, especificamente aprendizado não supervisionado (Géron, 2019; Mahesh, 2019; Goldschmidt e Passos, 2005). O algoritmo K-Means foi implementado utilizando a linguagem de programação Python, no ambiente Spyder, por meio da distribuição Anaconda. A escolha do K-Means justificou-se por sua simplicidade e escalabilidade em grandes conjuntos de dados (Gomes e Meisen, 2023).

Para contornar a sensibilidade do K-Means a escalas distintas, os dados foram normalizados utilizando a técnica Z-Score (Goldschmidt e Passos, 2005). Essa normalização transformou os valores de cada atributo para que apresentassem média igual a zero e desvio padrão igual a um, conforme a fórmula Z = (x – μ) / σ. A definição dos centróides iniciais e dos parâmetros do algoritmo K-Means seguiu as diretrizes de Johnson e Wichern (2007).

As configurações adotadas na biblioteca sklearn para o K-Means foram: init = ‘k-means++’, max_iter = 100, n_init = 100 e random_state = 100. A determinação do número ótimo de clusters, uma etapa crítica (Bassab et al., 1990), foi realizada por meio de três métodos: o coeficiente da silhueta (Géron, 2019), o método do cotovelo (Géron, 2019) e uma análise angular complementar (Herdiana et al., 2025).

O coeficiente da silhueta calculou a média do coeficiente de silhueta de todas as observações, utilizando a fórmula (b-a) / max(a-b). O método do cotovelo calculou a Soma dos Quadrados Intra-Clusters (WCSS), plotando os valores para identificar o ponto de inflexão da curva, onde WCSS = ΣΚ=1 ΣΧ₁€CK ||Xi – μκ||². A análise angular de Herdiana et al. (2025) mensurou o ângulo formado entre segmentos de reta do gráfico do cotovelo, indicando o menor valor de tan(ψ).

Apesar de o coeficiente da silhueta e a análise visual do cotovelo terem sugerido dois clusters como matematicamente ótimos, a análise angular indicou a formação de seis clusters como a configuração mais adequada. Essa decisão foi tomada para conciliar a otimização estatística com a utilidade gerencial, permitindo a identificação de perfis de consumo mais diferenciados e relevantes para a formulação de estratégias de marketing, retenção e maximização de valor do cliente.

3. Resultados e Discussão

A aplicação do algoritmo K-Means na base de dados transacionais resultou na formação de seis clusters distintos, conforme a análise inicial. O Cluster 0 se destacou por agrupar a vasta maioria dos clientes, com 4.298 indivíduos, o que representa 99,15% da base total. Este grupo foi responsável por 6.093.130 do valor transacionado, correspondendo a 69,55% da receita total. Em contraste, os Clusters 1, 2 e 5 foram compostos por apenas um cliente cada, representando uma parcela mínima da quantidade de clientes, mas contribuindo com 3,19%, 2,96% e 1,92% do valor transacionado, respectivamente. O Cluster 3, com 30 clientes (0,69%), gerou 1.388.548 do valor total, e o Cluster 4, com quatro clientes (0,09%), contribuiu com 572.121 da receita. Esta distribuição inicial já indicava uma heterogeneidade significativa na base de clientes, com uma concentração de valor em poucos indivíduos.

Para validar a configuração de seis clusters, realizou-se uma análise exploratória adicional com a formação de quatro clusters. Nesta nova configuração, o Cluster 1 abrangeu 4.299 clientes (99,17% da base), respondendo por 6.261.602 do valor transacionado, ou seja, 71,47% da receita. O Cluster 0, com 31 clientes (0,71%), contribuiu com 1.505.278 do valor, ou 17,18% da receita. O Cluster 2, com um cliente (0,03%), gerou 259.657 do valor (2,96%), e o Cluster 3, com quatro clientes (0,09%), representou 734.529 do total (8,38%). Embora essa configuração de quatro clusters pudesse parecer mais simplificada, ela demonstrou uma limitação crucial ao agrupar o cliente de código 16446, que possuía o quarto maior faturamento da base (168.472) e era altamente especializado na categoria de Papelaria, dentro de um cluster maior. Essa fusão comprometeria a capacidade do modelo em capturar perfis atípicos e estrategicamente relevantes para o negócio, justificando a manutenção dos seis clusters originais.

A decisão de manter a segmentação em seis clusters, mesmo com a presença de agrupamentos unitários (Clusters 1, 2 e 5), alinha-se às propriedades do algoritmo K-Means em bases de dados com alta heterogeneidade e observações extremas. Esses clusters unitários não foram considerados ruído estatístico, mas sim representações de clientes com padrões de consumo excepcionais e de alto valor estratégico. Conjuntamente, os três clusters unitários e o Cluster 4 (com quatro clientes) foram responsáveis por 8,07% do faturamento total. A identificação desses perfis extremos é gerencialmente relevante, pois permite a formulação de estratégias altamente customizadas, focadas na retenção e maximização do valor do cliente ao longo do tempo. A análise dos centroides de cada cluster por categoria de consumo, após a reorganização para maior clareza, revelou padrões específicos que fundamentam as estratégias de marketing.

Análise dos Clusters

A análise dos clusters foi realizada por meio do agrupamento dos resultados em três grupos gerenciais, definidos a partir de características semelhantes quanto à representatividade na base de clientes, contribuição para o faturamento e padrão de consumo. O primeiro agrupamento, denominado Baixo-Médio Ticket Médio, é composto exclusivamente pelo Cluster 1. Este cluster concentra 4.298 clientes, que correspondem a 99,15% da base total, e é responsável por 6.093.130 do valor transacionado, ou 69,55% da receita. O perfil de consumo desse grupo é diversificado, com maior participação nas categorias Utilidades, Cozinha e Vintage, cujos valores nos centroides foram 215, 146 e 134, respectivamente. A grande quantidade de clientes e a dispersão do consumo entre diversas categorias indicam que este grupo é a principal base de sustentação do volume de vendas da loja online.

Apesar de sua vasta representatividade em número de clientes, a participação do grupo Baixo-Médio Ticket Médio no faturamento é proporcionalmente menor, o que sugere um valor transacionado médio por cliente inferior em comparação com os outros agrupamentos. Sob uma perspectiva gerencial, a principal oportunidade para este grupo reside na ampliação do valor gerado por cliente. Isso pode ser alcançado por meio de estratégias escaláveis, como o aumento do ticket médio, o estímulo à recorrência de compras e a implementação de ações de cross-selling. Contudo, a dimensão massiva do grupo limita a viabilidade de estratégias altamente individualizadas, tornando mais eficaz a adoção de campanhas de marketing segmentadas em larga escala, visando otimizar o engajamento e a conversão de forma eficiente.

O segundo agrupamento, denominado Alto Ticket Médio, é formado pelos Clusters 2 e 3. Este grupo, embora represente uma quantidade reduzida de clientes, com 30 clientes no Cluster 2 (0,69% da base) e quatro clientes no Cluster 3 (0,09% da base), possui uma elevada contribuição individual para o faturamento. O Cluster 2 responde por 1.388.548 do valor transacionado, ou 15,85% da receita, com maior concentração de consumo em Utilidades (8.231), Materiais (6.293) e Cozinha (5.726). Já o Cluster 3, que contribui com 572.121 do valor transacionado (6,53%), apresenta maior concentração nas categorias Cozinha (19.699), Romântico (18.389) e Materiais (17.828). Em conjunto, esses dois clusters somam 34 clientes, representando apenas 0,78% da base, mas são responsáveis por 22,38% do valor total transacionado, evidenciando sua relevância econômica.

A principal característica do agrupamento Alto Ticket Médio é a significativa contribuição econômica por cliente, o que os torna alvos estratégicos para ações de retenção e maximização do relacionamento. Do ponto de vista gerencial, iniciativas como programas de fidelidade, atendimento personalizado e ofertas de up-selling são altamente recomendadas para este grupo. O objetivo é ampliar a recorrência de compras e o valor do relacionamento a longo prazo. No entanto, a pequena quantidade de clientes neste agrupamento também representa um risco considerável para o negócio, pois a perda de poucos indivíduos pode gerar um impacto financeiro desproporcional no faturamento total da empresa, exigindo um monitoramento e cuidado contínuos.

O terceiro agrupamento, classificado como Altíssimo Ticket Médio, é composto pelos Clusters 4, 5 e 6. Este grupo é o de menor dimensão na solução adotada, reunindo apenas sete clientes no total, o que corresponde a 0,16% da base de clientes. Contudo, esses poucos clientes são responsáveis por aproximadamente 8,07% do valor transacionado, demonstrando um poder de compra e engajamento excepcionalmente altos. O Cluster 4, com um único cliente, exibiu uma forte concentração em Papelaria, com um valor de 168.470 no centroide. O Cluster 5, também com um cliente, destacou-se por Decoração (70.211), Romântico (31.822) e Vintage (31.132). Por fim, o Cluster 6, igualmente unitário, apresentou maior concentração em Utilidades (53.998), Brinquedos (30.485) e Materiais (29.815).

Os resultados para o agrupamento Altíssimo Ticket Médio evidenciam comportamentos de consumo com valores transacionados extremamente elevados em comparação com os demais grupos. Gerencialmente, esses clientes são considerados de altíssima relevância econômica e demandam um acompanhamento individualizado e estratégico. A oportunidade reside no estabelecimento de relações comerciais de longo prazo, com atendimento personalizado e integração com processos operacionais, como logística e planejamento de abastecimento, para garantir a satisfação e a fidelidade. Contudo, a interpretação desses agrupamentos requer cautela, pois a formação de clusters com poucos clientes pode ser resultado tanto de perfis de consumo genuinamente diferenciados quanto da influência de observações extremas no algoritmo K-Means. Assim, esses achados devem ser vistos como evidências de comportamentos extremos ou altamente diferenciados na base de dados estudada, e não necessariamente como segmentos de mercado generalizáveis.

Síntese dos Agrupamentos

A organização dos resultados em três grupos gerenciais revelou uma estrutura de consumo fortemente concentrada na base de clientes analisada. O primeiro grupo, que engloba a vasta maioria dos clientes, representa a principal base de volume de vendas e demanda estratégias de marketing escaláveis. Em contrapartida, os grupos de Alto e Altíssimo Ticket Médio, embora numericamente pequenos, concentram uma parcela significativa do faturamento, justificando abordagens altamente personalizadas e focadas na retenção e no relacionamento individualizado. Essa dualidade de perfis de consumo sublinha a necessidade de uma estratégia de marketing multifacetada, capaz de atender às diversas necessidades e valores dos clientes.

A concentração de receita em uma parcela muito reduzida da carteira de clientes representa um risco substancial para o negócio. Os Clusters 2 a 6, que correspondem a apenas 0,85% da base de clientes, são responsáveis por 30,45% do valor transacionado. Essa proporção é ainda mais acentuada do que a relação 80/20, frequentemente associada ao princípio de Pareto (Pareto, 1996), indicando uma dependência elevada de poucos clientes para a sustentabilidade da receita. Portanto, os achados enfatizam a urgência de desenvolver estratégias diferenciadas de relacionamento, combinando ações de massa para a base majoritária com iniciativas individualizadas e de alto toque para os clientes de maior valor, mitigando riscos e explorando oportunidades de crescimento.

Limitações do K-Means e Outros Algoritmos

Embora o algoritmo K-Means tenha sido selecionado por sua simplicidade, escalabilidade e ampla utilização na segmentação de clientes, sua aplicação neste estudo revelou algumas limitações inerentes. O K-Means baseia-se em distâncias e centroides, o que o torna sensível à escala das variáveis, à distribuição dos dados e, notavelmente, à presença de observações extremas. A identificação de clusters unitários, embora interpretada como perfis de alto valor estratégico, também pode ser uma manifestação dessa sensibilidade a outliers, o que exige uma interpretação cuidadosa dos resultados.

A literatura aponta para a existência de métodos alternativos que poderiam oferecer perspectivas complementares. O agrupamento hierárquico, por exemplo, permitiria uma análise da formação dos grupos em diferentes níveis de granularidade, sem a necessidade de pré-definir o número de clusters, o que poderia enriquecer a compreensão da estrutura dos dados. Outro algoritmo, o DBSCAN, seria útil para verificar se os clientes identificados como extremos pelo K-Means são, de fato, observações isoladas ou parte de regiões de maior densidade. A ausência de uma comparação com essas abordagens constitui uma limitação da pesquisa, pois impede a verificação da robustez e da reprodutibilidade dos agrupamentos identificados, deixando uma oportunidade para futuras investigações.

Em suma, a segmentação de clientes por meio do algoritmo K-Means permitiu identificar perfis de consumo distintos e suas implicações estratégicas para o varejo online. Os resultados revelaram uma base de clientes heterogênea, com uma grande maioria de baixo valor individual e uma pequena parcela de clientes de altíssimo valor, que concentram uma parte desproporcional da receita. Essa compreensão aprofundada do comportamento dos clientes fornece subsídios valiosos para a formulação de estratégias de marketing, retenção e maximização do valor do cliente, abordando tanto as oportunidades de crescimento quanto os riscos associados à concentração de receita, e respondendo ao objetivo de identificar padrões de consumo e apoiar decisões de marketing.

4. Conclusão

O estudo buscou segmentar clientes de uma base transacional de varejo online por meio do algoritmo K-Means, visando identificar perfis de consumo distintos e analisar suas implicações para a formulação de estratégias de marketing, retenção e maximização de valor do cliente. Verificou-se uma estrutura de consumo altamente concentrada, na qual a vasta maioria dos clientes, correspondente a 99,15% da base, apresentou baixo valor individual, mas foi responsável por 69,55% da receita. Em contraste, identificou-se uma pequena parcela de clientes, representando 0,85% da base, que concentrou 30,45% do faturamento total, incluindo clusters unitários que representam perfis de consumo extremos e de alto valor estratégico. Essa segmentação possibilitou uma compreensão aprofundada do comportamento dos clientes, fornecendo subsídios para a formulação de estratégias de marketing diferenciadas, desde ações escaláveis para a base majoritária até abordagens altamente personalizadas para os clientes de maior valor, e destacou oportunidades de crescimento e riscos associados à concentração de receita.

Apesar da relevância dos achados, a pesquisa apresentou limitações. O algoritmo K-Means demonstrou sensibilidade à escala das variáveis, à distribuição dos dados e à presença de observações extremas, o que pode ter influenciado a formação de clusters unitários. Adicionalmente, a utilização de dados de um único varejista do Reino Unido e de um período de um ano restringe a generalização dos resultados, e a categorização manual dos produtos pode ter introduzido vieses interpretativos. Para estudos futuros, sugere-se a comparação dos agrupamentos identificados com métodos alternativos, como o agrupamento hierárquico ou o DBSCAN, a fim de verificar a robustez e a reprodutibilidade dos resultados, enriquecendo a compreensão da estrutura dos dados e a aplicabilidade gerencial.

Referências Bibliográficas

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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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22 de outubro de 2026

Combate às Perdas Comerciais de Energia Elétrica Utilizando Modelo de Séries Temporais

As perdas comerciais de energia elétrica representaram um dos principais desafios para as distribuidoras, impactando diretamente a sustentabilidade econômica e a qualidade do fornecimento. Avaliou-se a eficiência de modelos de séries temporais, com foco em técnicas de suavização exponencial, na previsão do consumo faturado de unidades consumidoras, para apoiar a identificação de desvios associados a perdas não técnicas. Utilizaram-se dados históricos de consumo mensal de uma distribuidora de energia elétrica no Brasil, segmentados por perfis de comportamento (estacionariedade, tendência e sazonalidade). Aplicaram-se modelos de suavização exponencial simples, Holt e Holt-Winters (aditivo e multiplicativo), comparados a uma média móvel tradicional. O erro percentual absoluto médio (MAPE) foi o critério de avaliação. Adicionalmente, empregou-se a abordagem ETS para seleção automática do modelo e testes de diagnóstico dos resíduos, como Ljung-Box e análise da função de autocorrelação. Os resultados demonstraram que modelos mais robustos apresentaram maior capacidade de adaptação às características das séries e menor erro, com destaque para o desempenho superior em cenários com tendência. Para séries sazonais, o modelo ETS mostrou maior capacidade de adaptação a transições. Concluiu-se que a utilização de modelos de séries temporais mais estruturados contribuiu significativamente para a melhoria da acurácia das previsões e ofereceu suporte analítico relevante para a identificação de perdas comerciais e otimização de processos operacionais e comerciais no setor elétrico.

Palavras-chave: Distribuição de energia; MAPE; Otimização; Previsão de consumo; Suavização exponencial.

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