ROC曲线

ROC曲线
在介绍如何绘制ROC曲线之前,我们先来介绍什么是ROC曲线以及ROC曲线的作用以及什么是真正利率和假正利率。

2.1ROC曲线的定义
ROC全称Receiver Operating Characteristic,即受试者工作特征,坐标图式的分析工具。ROC 曲线的纵轴是"真正例率" (True Positive Rate,简称 TPR),横轴是"假正例率" (False PositiveRate, FPR)。

2.2ROC曲线的作用
在机器学习和数据挖掘领域同样是对学习器的泛化性能进行评估。

2.3如何计算TPR和FPR
 

TPR=TP/(TP+FN)

FPR=FP/(TN+FP)

理解ROC曲线

当ROC曲线接近于(1,0)点,表明模型泛化性能越好,接近对角线时,说明模型的预测结果为           随机预测结果。

由图可知如何比较ROC曲线的优劣性:

1、当一个曲线被另一个曲线完全包含了,则后者性能优于前者。

2、ROC曲线下方的面积(AUC)可以用来作为评估模型模型性能的指标。如当两个模型的ROC曲线发生交叉,则很难说哪一个模型更好,这时候可以用AUC来作为一个比较合理的判据。ROC曲线一般都处于y=x这条直线的上方,所以取值范围在0.5和1之间,使用AUC作为评价指标是因为ROC曲线在很多时候并不能清晰地说明哪个分类器的效果更好,而AUC作为一个数值,其值越大代表分类器效果更好。

绘制ROC曲线

代码:

# y: 样本标签
# scores: 模型对样本属于正例的概率输出
y = np.array([1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0])
scores = np.array([0.9, 0.75, 0.86, 0.47, 0.55, 0.56, 0.74, 0.62, 0.5, 0.86, 0.8, 0.47, 0.44, 0.67, 0.43, 0.4, 0.52, 0.4, 0.35, 0.1])
fpr,tpr, thresholds = metrics.roc_curve(y,scores)

plt.figure("ROC Curve")
plt.title('TPR/FPR Curve')
plt.xlabel('FPR')
plt.ylabel('TPR')
plt.plot(fpr,tpr)
plt.show()

运行:

### 原理 ROC曲线即受试者工作特征曲线,绘制时以假阳性率(FPR)为横轴,真阳性率(TPR)为纵轴。在不同的分类阈值下,计算相应的FPRTPR并描点连线形成曲线。通过绘制ROC曲线,可以直观地看到模型在不同分类阈值下的性能表现。曲线的形状AUC - ROC的值可用于评估模型在区分正例反例时的能力,若曲线越接近左上角,并且AUC - ROC的值越接近1,那么模型的性能就越好[^2]。 ### 应用 - **二分类问题评估**:在传统的二分类场景中,ROC曲线能够直观展示模型在不同阈值下的分类性能,帮助选择合适的阈值,以平衡假阳性真阳性的比例。 - **模型比较**:通过比较不同模型的ROC曲线及其AUC - ROC值,可以判断哪个模型在分类任务上表现更优。 ### 绘制方法 在Python中,可使用`sklearn`库进行绘制,以下是一个简单的示例代码: ```python from sklearn.datasets import make_classification from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.linear_model import LogisticRegression from sklearn.metrics import roc_curve, auc import matplotlib.pyplot as plt # 生成示例数据 X, y = make_classification(n_samples=1000, n_features=10, n_informative=5, n_redundant=0, random_state=42) X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) # 训练模型 model = LogisticRegression() model.fit(X_train, y_train) # 获取预测概率 y_score = model.predict_proba(X_test)[:, 1] # 计算ROC曲线的FPR、TPR阈值 fpr, tpr, thresholds = roc_curve(y_test, y_score) roc_auc = auc(fpr, tpr) # 绘制ROC曲线 plt.figure() plt.plot(fpr, tpr, color='darkorange', lw=2, label='ROC curve (area = %0.2f)' % roc_auc) plt.plot([0, 1], [0, 1], color='navy', lw=2, linestyle='--') plt.xlim([0.0, 1.0]) plt.ylim([0.0, 1.05]) plt.xlabel('False Positive Rate') plt.ylabel('True Positive Rate') plt.title('Receiver operating characteristic example') plt.legend(loc="lower right") plt.show() ```
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