python - sklearn 计算F1

因为最近写的分类模型需要性能评价，常用的分类性能评价有查准率、召回率、准确率、F1

分类问题的常用的包 sklearn ，下面对F1所用的方法进行介绍

查准率请看另外一篇文章： sklearn 计算查准率

召回率请看另外一篇文章： sklearn 计算召回率

前提知识

对于我们的二分类问题，会有以下情况：

真正例（True Positive，TP）：真实类别为正例，预测类别为正例。
假正例（False Positive，FP）：真实类别为负例，预测类别为正例。
假负例（False Negative，FN）：真实类别为正例，预测类别为负例。
真负例（True Negative，TN）：真实类别为负例，预测类别为负例。

然后可以构建混淆矩阵（Confusion Matrix）如下表所示。

真实类别	预测类别	预测类别
	正例	负例
正例	TP	FN
负例	FP	TN

准确率，又称查准率（Precision，P）：
$P = T P / (T P + F P)$
召回率，又称查全率（Recall，R）：
$R = T P / (T P + F N)$
F1值：
$F 1 = (2 * P * R) / (P + R)$

1、.f1_score()方法

方法说明：

sklearn.metrics.f1_score(y_true, y_pred, *, labels=None, pos_label=1,average='binary', sample_weight=None,zero_division="warn"):

参数介绍：

y_true：真实的标签，即数据集中真实的分类标签情况，是一个1维的数组
y_pred：预测标签，即模型预测的分类标签情况，是一个1维的数组
labels：可选参数，默认为None ，是一个一维的数组，二分类时，不需要用这个参数。
pos_label：字符串或者int类型，默认值是1，如果average='binary且数据是二分类，则需要报告的类，如果数据是多类或多标签的，这将被忽略；设置labels=[pos_label]和average != 'binary 将只报告该标签的分数。
average：字符串类型，取值为 [None, ‘binary’ (default), ‘micro’, ‘macro’, ‘samples’, ‘weighted’]。默认为binary，给出正样本的准确率，也就是pos_label默认参数1时的准确率。
sample_weight：数组类型，样本的权重
zero_division：取值为 [“warn”, ‘0’ , ‘1’] ，设置存在零除法时返回的值，warn也相等于是0，但是会出现警告

2、.precision_score()的使用举例（二分类）

在二分类问题上，使用这个非常简单，因为方法中很多参数都是针对二分类默认的参数，不需要额外指定

例如：pos_label 默认为1呀（二分类正样本的值），average为二分类 binary

只需要传入预测的 与 真实的 标签，即可求出准确率

from sklearn.metrics import f1_score

pred = [0, 1, 0, 1]

target = [0, 1, 1, 0]

f1 = f1_score(pred, target)

print(f1)

===> 0.5

如果不是 0 1 的值，是其他二分类的值，那么就可以通过 labels、pos_label 来指定

labels = [3,4]  # 二分类 两个类别的值

pred = [3, 4, 3, 4] # 预测的值

target = [3, 4, 4, 3] # 真实的值

f1 = f1_score(pred, target , labels = labels , pos_label= 3) # pos_label指定正样本的值是多少

print(f1 )

===> 0.5

2、.f1_score() 的使用举例（多分类）

针对多分类问题，各个参数的传参：

labels ：需要是传入多分类的类别数组
pos_label：该值会被忽略
average：取值 ‘micro’, ‘macro’, ‘samples’, ‘weighted’
sample_weight：权重

举例：

labels = [1, 2, 3, 4] # 有哪几类

pred = [1, 2, 3, 4, 2, 3, 4, 1] # 预测的值

target = [2, 3, 1, 4, 1, 4, 4, 1] # 真实的值

precision = f1_score(pred, target, labels=labels, average="micro") # average 指定为micro 
print(precision)

precision = f1_score(pred, target, labels=labels, average="macro") # average 指定为macro 
print(precision)

precision = f1_score(pred, target, labels=labels, average="weighted") # average 指定为weighted
print(precision)

===>0.375
===>0.30000000000000004
===>0.30000000000000004

这里主要的是 average 的不同，计算结果会有不同

macro：是先对每一个类统计指标值，然后在对所有类求算术平均值。
micro：是对数据集中的每一个实例不分类别进行统计建立全局混淆矩阵，然后计算相应指标
weightes：计算每个标签的指标，并找到它们的平均加权支持度
samples：计算每个实例的指标，并找到它们的平均值

比较常用的是 macro 与 micro 这两种取值

1）macro 是先对每一个类统计指标值，然后利用下面的公式对所有类求算术平均值，
$M a c r o P = (1 / n) (P 1 + P 2 + P 3 + . . . . + P n)$

$M a c r o R = (1 / n) (R 1 + R 2 + R 3 + . . . . + R n)$

$M a c r o F = (2 * M a c r o P * M a c r o R) / (M a c r o P + M a c r o R)$
2）micro 是对数据集中的每一个实例不分类别进行统计建立全局混淆矩阵，然后计算相应指标
$M i c r o P = （ T P 1 + T P 2 + T P 3 + . . . . T P n ） / (（ T P 1 + T P 2 + T P 3 + . . . . T P n ） + （ F P 1 + F P 2 + F P 3 + . . . . F P n ）)$

$M i c r o P = （ T P 1 + T P 2 + T P 3 + . . . . T P n ） / (（ T P 1 + T P 2 + T P 3 + . . . . T P n ） + （ F N 1 + F N 2 + F N 3 + . . . . F N n ）)$

$M i c r o F = (2 * M i c r o P * M i c r o R) / (M i c r o P + M i c r o R)$
根据不同的值，计算不同的 F1

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