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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