matlab计算auc,ROC和AUC介绍以及如何计算AUC

本文介绍了ROC曲线和AUC在评价二值分类器性能中的应用,并详细阐述了如何使用MATLAB计算AUC。ROC曲线通过FPR和TPR展示了分类器的表现,AUC值越大,分类器性能越好。通过改变分类器的阈值,可以得到不同点的FPR和TPR,进而绘制ROC曲线。利用评分或概率输出,可以根据样本排序计算AUC。

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ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线和AUC常被用来评价一个二值分类器(binary classifier)的优劣,对两者的简单介绍见这里。这篇博文简单介绍ROC和AUC的特点,以及更为深入地,讨论如何作出ROC曲线图以及计算AUC。

ROC曲线

需要提前说明的是,我们这里只讨论二值分类器。对于分类器,或者说分类算法,评价指标主要有precision,recall,F-score

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正如我们在这个ROC曲线的示例图中看到的那样,ROC曲线的横坐标为false positive rate(FPR),纵坐标为true positive rate(TPR)。下图中详细说明了FPR和TPR是如何定义的。

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接下来我们考虑ROC曲线图中的四个点和一条线。第一个点,(0,1),即FPR=0, TPR=1,这意味着FN(false negative)=0,并且FP(false positive)=0。Wow,这是一个完美的分类器,它将所有的样本都正确分类。第二个点,(1,0),即FPR=1,TPR=0,类似地分析可以发现这是一个最糟糕的分类器,因为它成功避开了所有的正确答案。第三个点,(0,0),即FPR=TPR=0,即FP(false positive)=TP(true positive)=0,可以发现该分类器预测所有的样本都为负样本(negative)。类似的,第四个点(1,1),分类器实际上预测所有的

### 如何在MATLAB计算AUC (ROC曲线下面积) #### 数据准备 为了计算AUC,在MATLAB中首先需要准备好真实标签预测概率。假设`labels`是一个包含实际类别的向量,而`scores`则是对应的预测分数。 ```matlab % 示例数据 labels = [0 1 1 0 1]; % 实际类别 scores = [0.1, 0.4, 0.35, 0.8, 0.6]; % 预测得分 ``` #### 计算TPR FPR 接下来,基于不同的阈值计算真阳率(True Positive Rate, TPR)假阳率(False Positive Rate, FPR)[^1]: ```matlab thresholds = linspace(min(scores), max(scores), 100); fpr = zeros(size(thresholds)); tpr = zeros(size(thresholds)); for i=1:length(thresholds) pred_labels = scores >= thresholds(i); % 应用当前阈值进行分类 tp = sum((pred_labels == 1) & (labels == 1)); % True Positives fp = sum((pred_labels == 1) & (labels == 0)); % False Positives tn = sum((pred_labels == 0) & (labels == 0)); % True Negatives fn = sum((pred_labels == 0) & (labels == 1)); % False Negatives tpr(i) = tp / (tp + fn); % True Positive Rate fpr(i) = fp / (fp + tn); % False Positive Rate end ``` #### 绘制ROC曲线并计算AUC 最后一步是绘制ROC曲线,并使用梯形法则或其他数值积分技术来估计其下的面积(Area Under the Curve, AUC): ```matlab figure; plot(fpr,tpr,'b-', 'LineWidth',2); xlabel('False Positive Rate'); ylabel('True Positive Rate'); title('Receiver Operating Characteristic'); auc_value = trapz(fpr, tpr); % 使用trapz函数计算AUC disp(['The Area Under the Curve is ', num2str(auc_value)]); ``` 上述过程展示了如何手动创建ROC曲线及其下方区域的测量方法[^3]。然而,值得注意的是,MATLAB也提供了内置的功能可以直接完成这些操作,比如`perfcurve`函数可以简化这一流程: ```matlab [X,Y,T,AUC] = perfcurve(labels,scores,posclass=1); plot(X,Y,'r-','LineWidth',2); xlabel('False positive rate'); ylabel('True positive rate'); title(sprintf('ROC curve (AUC=%0.2f)', AUC)); ``` 这段代码不仅能够自动处理所有的中间步骤,还能更高效地得出最终的结果。
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