机器学习混淆矩阵的原理与使用

本文深入解析了混淆矩阵的概念,它是评估监督学习算法性能的重要工具。混淆矩阵不仅能够清晰反映预测值与真实值的吻合程度,还能通过准确率、精确率、召回率等指标量化模型效果。文章还探讨了混淆矩阵在多分类问题中的应用。

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什么是混淆矩阵?
· 混淆矩阵是一个误差矩阵,通常我们可以通过混淆矩阵来评定监督学习算法的性能。在监督学习中混淆矩阵为方阵,方阵的大小通常为一个(真实值,预测值)或者(预测值,真实值),所以通过混淆矩阵我们更清晰的看出,预测集与真实集中混合的一部分。
混淆矩阵可以通过scikit-learn和TensorFlow来实现
在这里插入图片描述
混淆矩阵可以清晰的反映出真实值与预测值相互吻合的部分,也可以反映出与预测值不吻合的部分,如下图所示。

在这里插入图片描述
实现预测值与真实值在相同特征下的比较,如果同时成立则放入相对应的矩阵位置,如果不成立则放入不相匹配的矩阵位置,
将真实值与预测值相互匹配与不匹配项放入矩阵中,我们成为这个矩阵为混淆矩阵。
混淆矩阵能否处理多分类问题
由上面可以得知混淆矩阵可以为一些二分类有监督学习算法进行性能评估,那我们会思考,混淆矩阵能否为多分类实现可视化评估呢?答案是肯定的,如下图
在这里插入图片描述
当然通过多分类,我们再次得到如上图的矩阵进行对比,再次我们将上图矩阵再次可以转换为一个二分类的混淆矩阵供我们进行性能分析,如下图所示
在这里插入图片描述
从中我们可以得出分析指标:
1.准确率:分类正确的所有结果占总预测与真实总和的比重
2.精确率:模型预测到结论的特征与预测总之的比重
3.召回率:真实值中预测正确的特征占预测总数的比例
4.特异度:异常值占预测对的总数
通过上面四个指标可以将矩阵中值转化为0-1之间的值,从而方便进行标准化衡量
5.F1指标:符合预测的特征=p 召回率=b 则F1为 2pb/p+b F1指标范围在0-1之间,F1指标越大模型越优秀,F1指标越小模型越差。

### 关于机器学习模型中的混淆矩阵 #### 概念解释 混淆矩阵是分类器性能的一种可视化表示方式,尤其适用于监督学习下的分类问题。它展示了算法预测的结果实际类别之间的对比情况[^2]。 #### 构成要素 对于二元分类而言,混淆矩阵由四个主要部分组成: - **真正类 (True Positive, TP)**:原本为正样本且被正确识别为正样本的数量; - **假负类 (False Negative, FN)**:实际上属于正样本却被误判为负样本的情况数; - **假正类 (False Positive, FP)**:实际上是负样本却错误地标记成了正样本的情形数目; - **真负类 (True Negative, TN)**:本应归属于负样本并成功判定为负样本的实例数量。 这些组成部分共同构成了一个2×2表格形式的结构化展示工具,使得人们能够清晰地看到不同类型的误差分布状况以及整体准确性水平。 #### 实际应用案例 当构建好一个逻辑回归或其他任何类型的分类模型之后,为了衡量其表现好坏,可以通过调用`confusion_matrix()`函数来获取该模型针对给定测试集所做出的所有预测同真实标签间的匹配度统计表单——即所谓的“混淆矩阵”。此操作有助于进一步深入理解模型的工作原理及其潜在局限性所在[^1]。 ```python from sklearn.metrics import confusion_matrix import numpy as np # 假设 Y_test 是真实的标签列表而 prod 则是由训练好的模型产生的对应预测值序列 cm = confusion_matrix(Y_test, pred) print(cm) ``` 上述代码片段实现了基于Python编程环境下利用Scikit-Learn库完成对特定数据集合上执行过的某个分类任务所产生的结果进行整理汇总的过程,并最终打印出了相应的混淆矩阵实体对象。
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