机器学习 F1-Score, recall, precision
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机器学习 F1-Score, recall, precision
Airship 发表于9个月前
机器学习 F1-Score, recall, precision
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机器学习,模式识别中,我们做分类的时候,会用到一些指标来评判算法的优劣,最常用的就是识别率,简单来说,就是 

Acc=Npre/Ntotal


这里的 Npre表示预测对的样本数,Ntotal表示测试集总的样本数。

 

识别率有的时候过于简单, 不能全面反应算法的性能,除了识别率,还有一些常用的指标,就是我们要介绍的 
F1-score, recall, precision.

在介绍这些概念之前,我们先来看一个二分类的问题,给定一组训练集: 

D={(xi,yi)|xiRn,yi∈{0,1}}Ni=1


这里假定 yi=1 对应正样本,yi=0 对应负样本。假设我们建立了一个分类模型 H, 对每一个输入的样本 xi会输出一个预测值 H(xi), 那么将预测值 H(xi) 与样本对应的实际值yi做比较,会得到以下四种情况:

 

H(xi)=1,yi=1
H(xi)=1,yi=0
H(xi)=0,yi=1
H(xi)=0,yi=0

第一种情况,预测为正,实际也为正,我们称为 true positive (TP),第二种情况,预测为正,实际为负,我们称为 false positive (FP),第三种情况,预测为负,实际为正,称为false negative (FN),最后一种情况,预测为负,实际也为负,称为 true negative (TN),每一个样本只可能属于这四种情况中的某一种,不会有其它的可能。 
很显然,给定一个测试集,我们可以得到如下的关系: 

Npre=TP+TN

 

Ntotal=TP+TN+FP+FN


如果我们定义一个测试集中,正样本个数为P, 负样本个数为N, 那么我们可以知道:P=TP+FNN=TN+FP 
所以,我们常用的识别率 acc 其实就等于 

Acc=TP+TNTP+TN+FP+FN=TP+TNP+N

, 
进一步,我们可以定义 recall ,precision, F1-score 如下所示: 

Recall=TPTP+FN=TPP

 

Precision=TPTP+FP

 

F1=2TP2TP+FN+FP=2⋅PrecisionRecallPrecision+Recall

 

可以看到,recall 体现了分类模型H对正样本的识别能力,recall 越高,说明模型对正样本的识别能力越强,precision 体现了模型对负样本的区分能力,precision越高,说明模型对负样本的区分能力越强。F1-score 是两者的综合。F1-score 越高,说明分类模型越稳健。

比如我们常见的雷达预警系统,我们需要对雷达信号进行分析,判断这个信号是飞行器(正样本)还是噪声 (负样本), 很显然,我们希望系统既能准确的捕捉到飞行器信号,也可以有效地区分噪声信号。所以就要同时权衡recall 和 precision这两个指标,如果我们把所有信号都判断为飞行器,那 recall 可以达到1,但是precision将会变得很低(假设两种信号的样本数接近),可能就在 0.5 左右,那F1-score 也不会很高。

有的时候,我们对recall 与 precision 赋予不同的权重,表示对分类模型的偏好:

 

Fβ=(1+β2)TP(1+β2)TP+β2FN+FP=(1+β2)⋅PrecisionRecallβ2⋅Precision+Recall

 

可以看到,当 β=1,那么Fβ就退回到F1了,β 其实反映了模型分类能力的偏好,β>1 的时候,precision的权重更大,为了提高Fβ,我们希望precision 越小,而recall 应该越大,说明模型更偏好于提升recall,意味着模型更看重对正样本的识别能力; 而 β<1 的时候,recall 的权重更大,因此,我们希望recall越小,而precision越大,模型更偏好于提升precision,意味着模型更看重对负样本的区分能力。

参考来源: 
https://en.wikipedia.org/wiki/Receiver_operating_characteristic 
https://en.wikipedia.org/wiki/F1_score

 

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