机器学习:sklearn分类报告classification_report()中精确率, 召回率, F1等的含义

一、classification_report简介

  def classification_report(y_true, y_pred, labels=None, target_names=None, sample_weight=None, digits=2, output_dict=False)

print(classification_report(testY, predictions))

  该函数就是在进行了分类任务之后通过输入原始真实数据(y_true)和预测数据(y_pred)而得到的分类报告,常常用来观察模型的好坏,如利用f1-score进行评判

  它的输出是类似下面这样的(该输出结果为对mnist手写数字的分类,共有10类):

              precision    recall  f1-score   support

           0       1.00      1.00      1.00        44
           1       0.94      0.98      0.96        48
           2       0.98      0.98      0.98        44
           3       1.00      0.89      0.94        44
           4       0.92      1.00      0.96        56
           5       0.93      0.96      0.95        57
           6       0.98      0.96      0.97        48
           7       1.00      1.00      1.00        42
           8       0.94      0.91      0.92        33
           9       0.97      0.91      0.94        34

    accuracy                           0.96       450
   macro avg       0.97      0.96      0.96       450
weighted avg       0.96      0.96      0.96       450

 二、各分类指标的含义

    要想知道这些数据是怎么算出来的,要先了解一下几个常见的模型评价术语,现在假设我们的分类目标只有两类,计为正例或阳例(positive)和负例或阴例(negtive)分别是:

  (1)True positives(TP):  被正确地划分为正例的个数,即实际为正例且被分类器划分为正例的实例数(样本数);

  (2)False positives(FP): 被错误地划分为正例的个数,即实际为负例但被分类器划分为正例的实例数;

  (3)False negatives(FN):被错误地划分为负例的个数,即实际为正例但被分类器划分为负例的实例数;

  (4)True negatives(TN): 被正确地划分为负例的个数,即实际为负例且被分类器划分为负例的实例数。

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预测类别
  总计
TP FN P(实际上为该类的)
FP TN N(实际上不是该类的)
  P‘被分类器分为属于该类的 N’被分类器分为不属于该类的 P+N

   要注意P = TP + FN 而不是 TP+FP

1.精确率(precision)

    precision = TP / ( TP + FP )

    精确率是精确性的指标,表示被分类器正确分为正例的个数(TP)占被分类器分为正例的样本(TP+FP)的比重。

2.召回率(recall)

    recall = TP / ( TP + FN ) = TP / P

    召回率是覆盖面的度量,也就是被分类器正确分为正例的个数(TP)占原始数据中全部正例(TP+FN)的比重。

    如果有些难理解,可以看一下下面这张图:

图片无效

    上面relevant elements 可以理解成属于该类的,右半部分就是不属于该类的,其中TP = 5 , FN = 7,FP = 3 ,TN = 7

    所以 precision =TP / ( TP + FP ) = 5/(5+3) = 0.625

            recall =TP / ( TP + FN )=  5/(5+7) = 0.417

3.F1 score 

    也称为F-beta score

    \frac{1}{F_1} = \frac{1}{2}*(\frac{1}{P}+\frac{1}{R})

    F_1 =2*\frac{P*R}{P+R}\quad\quad where\ P = precisioin \quad R=recall

    只有当P和R都很高的时候,F1才会高,所以称为调和平均数,F1的取值范围是0到1

    按照前面的数值 F1 = 0.50

4.support

    支持度,是指原始的真实数据中属于该类的个数

5.accuracy

    准确率,这个跟精确率只有一字之差,但实际上有很大的不同,它是指正确分类(不管是正确分为P还是N)的比率

    accuray = (TP + TN) / (TP + FP + TN + FN ) = (TP + TN) / (P+N)

    事实上从字面上看accuray和f1一样都可以作为一个指标评判整个模型,但是accruracy存在一个bug,当数据严重不均衡时,        accuracy不起作用,比如我们看X光片,真实数据是:99%都是无病的,只有1%是有病的,假设一个分类器只要给它一张X 光片,它就判定是无病的,那么它的准确率也有99%,乍看很高,然而这个模型根本就不work。

6.宏平均(macro avg)和微平均(micro avg)

    比如不同类别对于precision的宏平均是将各类的precision先算好再对它们求算术平均。

    而对于precision的微平均是将所有类中中真阳例先加起来,再除以所有类中的(真阳例+假阳例)。下面是一个例子:

    第一类

        TP1= 12,FP1=9,FN1=3

        Then precision (P1) and recall (R1) will be 57.14 and 80

    第二类

        TP2= 50,FP2=23 ,FN2=9

        Then precision (P2) and recall (R2) will be 68.49 and 84.75

    宏平均

        Macro-average precision = (P1+P2)/2 = (57.14+68.49)/2 = 62.82

        Macro-average recall = (R1+R2)/2 = (80+84.75)/2 = 82.25

    微平均

        Micro-average of precision = (TP1+TP2)/(TP1+TP2+FP1+FP2) = (12+50)/(12+50+9+23) = 65.96

        Micro-average of recall = (TP1+TP2)/(TP1+TP2+FN1+FN2) = (12+50)/(12+50+3+9) = 83.78

    微平均在classification_report中只有在多标签分类的时候才会显示,多标签不是指多个类,而是一个样本可能属于两个或以上的类。

7.加权平均(weighted avg)和样本平均(sample avg)

    (1)加权平均(weighted avg):加上每个类的权重,即它的support的大小

        精确度P的weighted avg  = (P1 * support1 + P2 * support2) / (support1+support2)

    (2)样本平均(sample avg):跟微平均一样,仅在多标签分类时显示

三、其他评判指标

    (1)灵敏度(sensitive)

     sensitive = TP/P,表示的是所有正例中被分对的比例,衡量了分类器对正例的识别能力,可以看到召回率与灵敏度是一样的。

  (2)特效度(specificity)

  specificity = TN/N,表示的是所有负例中被分对的比例,衡量了分类器对负例的识别能力;

参考资料:

https://en.wikipedia.org/wiki/Precision_and_recall

https://en.wikipedia.org/wiki/F1_score

https://www.cnblogs.com/mxp-neu/articles/5316989.html

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