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# TRABAJO DE FIN DE GRADO
# Título: Econometría espacial aplicada al estudio de las disparidades regionales de la renta per cápita en España
# Autor: Álvaro Sierra García
# Directora: Beatriz Manotas Hidalgo
# Julio de 2025
# Versión de R utilizada: 4.4.2
##################################################################################################################
##### Carga de librerías
library(eurostat)
library(giscoR)
library(dplyr)
library(stringr)
library(units)
library(sf)
library(spdep)
library(spatialreg)
library(ggplot2)
library(tibble)
##### Descarga de datos
## Configuraciones previas para descarga de Eurostat
options(eurostat_cache = TRUE, eurostat_update = TRUE, eurostat_httpfix = TRUE)
Sys.setenv(LANG = "en_US.UTF-8")
## Función para estandarizar columna año
fix_time <- function(df) { if ("TIME_PERIOD" %in% names(df)) dplyr::rename(df, año = TIME_PERIOD) else df }
# PIB total
pib <- get_eurostat("nama_10r_3gdp", time_format = "num") %>%
fix_time() %>%
filter(str_detect(geo, "^ES"),
unit == "MIO_EUR",
nchar(geo) == 5) %>% # NUTS-3
transmute(geo, año, pib = values)
# Población
poblacion <- get_eurostat("demo_r_pjangrp3", time_format = "num") %>%
fix_time() %>%
filter(str_detect(geo, "^ES"), sex == "T") %>%
group_by(geo, año) %>%
summarise(poblacion = sum(values, na.rm = TRUE), .groups = "drop") %>%
filter(nchar(geo) == 5) # NUTS-3
# Paro
paro_nuts2 <- get_eurostat("lfst_r_lfu3rt", time_format = "num") %>%
fix_time() %>%
filter(str_detect(geo, "^ES"),
sex == "T", age == "Y15-74", isced11 == "TOTAL",
nchar(geo) == 4) %>% # NUTS-2 (no hay datos NUTS-3, proyección a NUTS-3 más adelante)
transmute(nuts2 = geo, año, tasa_paro = values)
# GISCO (cartografía)
gisco_nuts3_esp <- gisco_get_nuts(year = 2021, resolution = "1", nuts_level = 3) %>%
st_make_valid() %>%
filter(CNTR_CODE == "ES") %>%
select(geo = NUTS_ID, NAME_LATN, geometry)
###############################################################
# 4.2: Análisis de autocorrelación espacial
###############################################################
## 1. Construcción DataFrame
# Selección del año a utilizar
años_pib_poblacion <- intersect(unique(pib$año), unique(poblacion$año)) # NUTS-3
años_paro <- unique(paro_nuts2$año) # NUTS-2
años_comun <- intersect(años_pib_poblacion, años_paro)
año_uso <- max(años_comun, na.rm = TRUE)
año_uso
# Proyección paro a NUTS-3
gisco_nuts3_a_nuts2 <- gisco_nuts3_esp %>%
st_drop_geometry() %>%
transmute(geo, nuts2 = substr(geo, 1, 4))
paro_nuts3 <- gisco_nuts3_a_nuts2 %>%
left_join(paro_nuts2 %>% filter(año == año_uso), by = "nuts2") %>%
transmute(geo, año = año_uso, tasa_paro)
# DataFrame final para el año 2022
df <- pib %>% filter(año == año_uso) %>%
inner_join(poblacion %>% filter(año == año_uso), by = c("geo","año")) %>%
mutate(pib_pc = (pib * 1e6) / poblacion) %>%
inner_join(paro_nuts3, by = c("geo","año")) %>%
filter(geo %in% gisco_nuts3_esp$geo)
## 2. Datos espaciales, vecindades y pesos
# Proyección métrica y área (km2)
gisco_nuts3_esp <- st_transform(gisco_nuts3_esp, 3035)
gisco_nuts3_esp$area_km2 <- set_units(st_area(gisco_nuts3_esp), km^2) |> drop_units()
# Datos espaciales
dat_sp <- gisco_nuts3_esp %>%
left_join(df, by = "geo") %>%
mutate(
lpibpc = log(pib_pc),
densidad = poblacion / area_km2,
año = año_uso
) %>%
filter(!is.na(lpibpc), !is.na(tasa_paro), !is.na(densidad)) %>%
arrange(geo)
# Vecindades y listas de pesos
nb_queen <- poly2nb(dat_sp, queen = TRUE, row.names = dat_sp$geo)
nb_rook <- poly2nb(dat_sp, queen = FALSE, row.names = dat_sp$geo)
lw_queen <- nb2listw(nb_queen, style = "W", zero.policy = TRUE)
lw_rook <- nb2listw(nb_rook, style = "W", zero.policy = TRUE)
## 3. I de Moran y C de Geary (global)
set.seed(12345)
tests_globales <- function(var, listw, listw_name, nperm = 999) {
x <- dat_sp[[var]]
mt <- moran.test(x, listw, zero.policy = TRUE)
mc <- moran.mc(x, listw, nsim = nperm, zero.policy = TRUE)
gt <- geary.test(x, listw, zero.policy = TRUE)
data.frame(
variable = var,
matriz_w = listw_name,
moran_I = unname(mt$estimate[1]),
moran_EI = unname(mt$estimate[2]),
moran_var = unname(mt$estimate[3]),
moran_p = mt$p.value,
moran_mc_I = unname(mc$statistic),
moran_mc_p = mc$p.value,
geary_C = unname(gt$estimate[1]),
geary_EC = unname(gt$estimate[2]),
geary_var = unname(gt$estimate[3]),
geary_p = gt$p.value
)
}
resumen_global <- bind_rows(
tests_globales("lpibpc", lw_queen, "queen"),
tests_globales("tasa_paro",lw_queen, "queen"),
tests_globales("lpibpc", lw_rook, "rook"),
tests_globales("tasa_paro",lw_rook, "rook")
)
resumen_global
## 4. LISA (Moran local) para lpibpc con queen
y <- dat_sp$lpibpc
y_z <- as.numeric(scale(y))
Wy <- lag.listw(lw_queen, y_z, zero.policy = TRUE)
li <- localmoran(y, lw_queen, zero.policy = TRUE) # Ii, E(Ii), Var, Z, p
lisa_df <- dat_sp %>% st_drop_geometry() %>%
mutate(
y_z = y_z,
Wy_z = Wy,
Ii = li[,1],
Ii_z = li[,4],
Ii_p = li[,5]
)
clasificacion <- ifelse(lisa_df$y_z >= 0 & lisa_df$Wy_z >= 0, "High–High",
ifelse(lisa_df$y_z < 0 & lisa_df$Wy_z < 0, "Low–Low",
ifelse(lisa_df$y_z >= 0 & lisa_df$Wy_z < 0, "High–Low", "Low–High")))
significativo <- ifelse(lisa_df$Ii_p <= 0.05, "Significativo", "No significativo")
lisa_df <- lisa_df %>% mutate(clasificacion = clasificacion, significativo = significativo)
lisa_df$significativo[is.na(lisa_df$significativo)] <- "No significativo"
lisa_sp <- dat_sp %>%
select(geo, NAME_LATN, geometry) %>%
left_join(lisa_df %>% select(geo, y_z, Wy_z, Ii, Ii_p, clasificacion, significativo), by = "geo")
## 5. Gráficos
p_scatter <- ggplot(lisa_df, aes(x = y_z, y = Wy_z)) +
geom_hline(yintercept = 0) + geom_vline(xintercept = 0) +
geom_point(alpha = 0.7) +
geom_smooth(method = "lm", se = FALSE, linewidth = 0.8) +
labs(title = paste0("Gráfico de dispersión de Moran: log(PIB per cápita) - ", as.character(año_uso)),
x = "z(log PIB per cápita)", y = "W z(log PIB per cápita)") +
theme_minimal()
ggsave(filename = paste0("moran_", as.character(año_uso), ".png"),
plot = p_scatter, width = 7, height = 5, dpi = 300)
lisa_sp$cluster <- factor(ifelse(lisa_sp$significativo=="Significativo", lisa_sp$clasificacion, "No significativo"),
levels = c("High–High","Low–Low","High–Low","Low–High","No significativo"))
p_lisa <- ggplot(lisa_sp) +
geom_sf(aes(fill = cluster), linewidth = 0.15, color = "grey40") +
labs(title = paste0("Mapa LISA: log(PIB per cápita) - ", as.character(año_uso)), fill = "Cluster") +
theme_minimal()
ggsave(filename = paste0("LISA_", as.character(año_uso), ".png"),
plot = p_lisa, width = 7, height = 6, dpi = 300)
###############################################################
# 4.3: Estimación de modelos espaciales: SAR y SEM
###############################################################
## 1. OLS
ols <- lm(lpibpc ~ tasa_paro + densidad, data = dat_sp)
summary(ols)
# LM test clásicos y robustos (diagnóstico de especificación espacial)
lm_tests <- lm.LMtests(ols, lw_queen, test = c("LMlag","LMerr","RLMlag","RLMerr","SARMA"),
zero.policy = TRUE)
lm_tests
# Moran en residuos OLS
moran_ols <- moran.test(residuals(ols), lw_queen, zero.policy = TRUE)
moran_ols
## 2. SAR y SEM con W = queen
sar_q <- lagsarlm(lpibpc ~ tasa_paro + densidad, data = dat_sp,
listw = lw_queen, method = "eigen", zero.policy = TRUE)
summary(sar_q)
sem_q <- errorsarlm(lpibpc ~ tasa_paro + densidad, data = dat_sp,
listw = lw_queen, method = "eigen", zero.policy = TRUE)
summary(sem_q)
# Moran en residuos de SAR y SEM
moran_sar <- moran.test(residuals(sar_q), lw_queen, zero.policy = TRUE)
moran_sar
moran_sem <- moran.test(residuals(sem_q), lw_queen, zero.policy = TRUE)
moran_sem
## 3. AIC comparado
AIC = c(AIC(ols), AIC(sar_q), AIC(sem_q))
AIC
## 4. Impactos del SAR
imp_q <- impacts(sar_q, listw = lw_queen, R = 1000)
imp_q
# Monte Carlo
imp_sum <- summary(imp_q, zstats = TRUE, short = FALSE)
imp_MC <- as.data.frame(imp_sum$tot$statistics) %>%
rownames_to_column("variable")
imp_MC
###############################################################
# 4.4: Comprobación de robustez y contraste de especificaciones
###############################################################
##### 4.4.1 Grado medio de los grafos queen y rook
grado_q <- card(nb_queen)
grado_r <- card(nb_rook)
resumen_grados <- tibble(
esquema = c("queen","rook"),
n_nodos = c(length(grado_q), length(grado_r)),
aislados = c(sum(grado_q == 0), sum(grado_r == 0)),
grado_medio = c(mean(grado_q), mean(grado_r)),
mediana = c(median(grado_q), median(grado_r)),
p25 = c(quantile(grado_q, .25), quantile(grado_r, .25)),
p75 = c(quantile(grado_q, .75), quantile(grado_r, .75)),
min = c(min(grado_q), min(grado_r)),
max = c(max(grado_q), max(grado_r)),
sd = c(sd(grado_q), sd(grado_r))
)
resumen_grados
##### 4.4.2 Estabilidad de residuos estandarizados por provincia
# SEM con rook
sem_r <- errorsarlm(lpibpc ~ tasa_paro + densidad, data = dat_sp,
listw = lw_rook, method = "eigen", zero.policy = TRUE)
# Estandarizar residuos
res_q <- scale(residuals(sem_q))
res_r <- scale(residuals(sem_r))
# Estadísticos de estabilidad
corr_qr <- cor(res_q, res_r, use = "complete.obs")
corr_qr
rmse_qr <- sqrt(mean((res_q - res_r)^2, na.rm = TRUE))
rmse_qr
# Gráfico de residuos estandarizados (Q vs R)
res_df <- data.frame(
geo = dat_sp$geo,
res_q = as.numeric(res_q),
res_r = as.numeric(res_r)
)
p_res <- ggplot(res_df, aes(x = res_q, y = res_r)) +
geom_hline(yintercept = 0, linewidth = 0.3) +
geom_vline(xintercept = 0, linewidth = 0.3) +
geom_point(alpha = 0.75) +
geom_smooth(method = "lm", se = FALSE, linewidth = 0.8) +
labs(title = paste0("Residuos estandarizados (queen vs rook) - ", as.character(año_uso)),
x = "Residuos estandarizados (queen)",
y = "Residuos estandarizados (rook)") +
theme_minimal()
ggsave(filename = paste0("residuos_", as.character(año_uso), ".png"),
plot = p_res, width = 7, height = 5, dpi = 300)
# Top 10 provincias
top_10_absoluto <- res_df %>%
mutate(abs_q = abs(res_q), abs_r = abs(res_r)) %>%
arrange(desc(abs_q)) %>%
select(geo, res_q, res_r) %>%
head(10)
top_10_absoluto
##### 4.4.3 Impactos directos e indirectos de la tasa de paro bajo distintos esquemas de vecindad
# Estimar SAR con rook
sar_r <- lagsarlm(lpibpc ~ tasa_paro + densidad, data = dat_sp,
listw = lw_rook, method = "eigen", zero.policy = TRUE)
# Impactos puntuales (directo, indirecto, total) en cada esquema
imp_q
imp_r <- impacts(sar_r, listw = lw_rook, R = 1000)
imp_r