【机器学习】搞懂机器学习的常用评价指标！
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2021-07-27 10:00
我与评价指标的首次交锋是第一次实习面试时，面试官开头就问分类任务的评价指标。我当时TP,FP,FN,TN各种组合一顿上，回答得乱七八糟。后来经历多了，发现评价指标的确是面试的高频考点。
这次让我们几分钟时间搞懂评价指标，尤其是较难理解的ROC、AUC、精确率、召回率，为之后的数据科学之路打下基础。
分类任务
TP,TN,FN,FP
这是个很直觉的分类，T在开头说明这个是完全正确的。F开头就说明是完全错误的。
真正例(True Positive, TP)：被模型预测为正的正样本； 假正例(False Positive, FP)：被模型预测为正的负样本； 假负例(False Negative, FN)：被模型预测为负的正样本； 真负例(True Negative, TN)：被模型预测为负的负样本；
ACC精确度
在精确度中，ACC是最直觉的一种方式：
这里是将所有的预算结果与预测正确的做比率，得到的结果。但同时，这个评价指标很容易受到样本数量以及样本是否均衡带来的影响。
Precision精确率
对于精确率来说，关注点在于，对于所有预测为正的数据中(有预测正确的，也有预测错误的)。其中预测正确的比率：
FP是假预测，TP是真的预测
召回率Recall
这里还是关注于正样本。在样本中的所有真正的正样本里，有多少比率是预测对了，如同下图：
同样都是关注正样本，怎么区分精确度和召回度？
这的确是很容易混淆的两个概念，试想一个场景来区分：有一批零件，通过我们做出的机器学习算法，筛选出了一批需要的零件。其中，这批筛选出的零件中，我们的注意力只关注筛选结果为正的部分(只关注，其他结果压根不看)，那这样筛选的零件就包含TP+FP。要看看这个被筛选的零件中有多少是需要的，那么这里的评价指标就是精确度Precision=(TP)/(TP+FP)
那什么是召回呢？召回的意思就是说，我们还是想要好的零件。虽然机器学习已经筛选出来了好的零件，但是理论上还是有一部分好的设备被遗漏了。我们需要默默的将遗漏的好设备捡回来(毕竟花了钱了，不能浪费)，这个行为叫做召回，那么我们需要用到召回率Rcall=(TP)/(TP+FN)
P-R曲线
若一个学习器A的P-R曲线被另一个学习器B的P-R曲线完全包住，则称：B的性能优于A。若A和B的曲线发生了交叉，则谁的曲线下的面积大，谁的性能更优。但一般来说，曲线下的面积是很难进行估算的，所以衍生出了“平衡点”（Break-Event Point，简称BEP），即当P=R时的取值，平衡点的取值越高，性能更优。
这里可以知道的是，P(精确率)与R(召回率)是此消彼长的，也就是说，一个高一个就会低。所有对于一个综合的评价指标来说，可以很直觉的想到，将两个参数做加权调和平均数。这样就成为了F1。
F1
F1就是精确率和召回率的加权调和平均数。
特别的，当β=1的时候就是F1：
ROC
优点：在测试样本中正负样本分布不一样的，ROC曲线可以保持不变。
ROC这个优势的来自于灵敏度和特异度这两个评价标准
灵敏度(TPR)：其实本质上是正样本召回率
特异度(TNR)：本质上是负样本的召回率
计算ROC除了上面两个指标外，还有假负率和假正率。但是这两个指标的计算很简单。假负率 = （1-灵敏度）；假正率=（1-特异度）
其实可以这样理解，如果一个验证的数据是不均衡的，那么这个在分类的时候，准确率会考虑到不均衡的所有数据。但是如果是灵敏度和特异度，它只会考虑到正例或者负例，不考虑整体的数据分布。
那么回到ROC曲线，这个ROC曲线的两个指标分别为灵敏度和假正率，效果如图：
两个模型用这个指标做评价的时候，如果一个模型A可以包裹住另一个模型B，那么这个模型A就优于模型B。如果A和B两个模型有交叉，那么这个就看它们曲线下的面积大了，面积大的模型性能更优。
AUC
AUC说白了就是ROC曲线下面的面积大小。AUC越大，说明ROC曲线下面的面积越大，则这个模型的性能更好。一般来说，AUC的值介于0.5到1之间。因为0.5说明，二分类模型随机猜测，有一半的几率猜中。
回归任务
回归任务不同于分类任务。它是带入输入之后，返回一个value。其中回归任务的评价指标衡量的是，模型预测数值和标签提供数值之间的差距。其中对于评价指标的优劣其实并不好评价，这里只列出常用的指标。
MAE(Mean Absolute Error)平均绝对误差
对差值的绝对值求平均。
MSE(Mean Squared Error)均方误差
是对误差平方的期望。
RMSE(Root Mean Squared Error)均方误差根
对MSE指标求平方根。
结尾
评价指标学习完毕啦。对于比较难理解的ROC、AUC、精确率、召回率，文中都列举了场景，希望可以帮助到大家。其实搞懂核心概念，之后都是它的衍生。
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