混淆矩阵求解(多分类与单分类)

混淆矩阵（confusion matrix）衡量的是一个分类器分类的准确程度。理解其概念本身容易理解，但一些特定术语易被混淆。

为此本文针对多分类或二分类的混淆矩阵给出相应原理解释，并为更好理解，本文也实现如何求解混淆矩阵。

因此，本文内容结构包含，原理介绍、代码实现、结果展示。

一 原理介绍

混淆矩阵适用于包含多个分类器的问题，本文为了让读者理解更加容易，以二元分类的混淆矩阵为例进行讲解。

观察混淆矩阵，可得如下结论：

1. 示例是一个二元分类问题，产生两种可能的分类：“是”或者“不是”。当预测一个事件是否发生时，“是”意味着该事件已经发生，而“否”则相反，该事件没有发生。
2. 该模型对这个事件进行了100次预测。
3. 在这100次预测结果中，“是”有45次，“否”有55次。但实际上该事件发生了40次。

重要概念：

1. 真阳性（True Positive，TP）：样本的真实类别是正例，并且模型预测的结果也是正例
2. 真阴性（True Negative，TN）：样本的真实类别是负例，并且模型将其预测成为负例
3. 假阳性（False Positive，FP）：样本的真实类别是负例，但是模型将其预测成为正例
4. 假阴性（False Negative，FN）：样本的真实类别是正例，但是模型将其预测成为负例

混淆矩阵延伸出的各个评价指标

1.正确率（Accuracy）：被正确分类的样本比例或数量

(TP+TN)/Total = (35+50)/100 = 85%

2.错误率（Misclassification/Error Rate）：被错误分类的样本比例或数量

(FP+FN)/Total = (5+10)/100 = 15%

3.真阳率（True Positive Rate）：分类器预测为正例的样本占实际正例样本数量的比例，也叫敏感度（sensitivity）或召回率（recall），描述了分类器对正例类别的敏感程度。

TP/ actual yes = 35/40 = 87%

4.假阳率（False Positive Rate）：分类器预测为正例的样本占实际负例样本数量的比例。

FP/actual no = 10/60 = 17%

5.特异性（Specificity）：实例是负例，分类器预测结果的类别也是负例的比例。

TN/actual no = 50/60 = 83%

6. 精度（Precision）：在所有判别为正例的结果中，真正正例所占的比例。

TP/predicted yes = 35/45 = 77%

7.流行程度（Prevalence）：正例在样本中所占比例。

Actual Yes/Total = 40/100 = 40%

注：以上内容来源  https://zhuanlan.zhihu.com/p/42475636

二 代码实现

以下代码根据文件夹路径统计，并实现，只需按照文件要求，给出相应路径，便可求得混淆矩阵，为此本文将介绍文件存放方式，并不在介绍实现过程。

文件格式：

如456路径有真实类别为A B C 而456/A文件夹下预测有A B 类别，并分别将结果保存此类文件夹，如456/A/A文件保存了预测图片

将绝对路径.../456文件夹给以下代码，即可生成混淆矩阵。

混淆矩阵代码实现

#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
"""
@author:tangjun
@desc: analysis the model infer result loaded from csv file, which has columns with
       manual code, predict code, code score.

安装库：
pip install scikit-learn  -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple some-package
pip install pandas  -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple some-package
pip install numpy  -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple some-package

"""

import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.metrics import confusion_matrix
import os
import json
import pickle
class ResultAnalysis_tj(object):
    def __init__(self, read_path):
        # self.false_code='FALSE'
        # self.others_code='Others'
        self.read_path=read_path
        self.model_categories=[]
    def get_codename(self):
        code_name = []
        codes=os.listdir(self.read_path)
        for code in codes:
            if not code.endswith('.csv'):
                code_name.append(code)
        code_name=sorted(code_name)
        # if self.false_code not in code_name:
        #     code_name.append(self.false_code)
        # if self.others_code not in code_name:
        #     code_name.append(self.others_code)
        return code_name
    def get_true_pre_category(self):
        prediction_categories=[]
        true_categories=[]
        files=os.listdir(self.read_path)
        for file in files:
            if not file.endswith('.csv'):
                file_path=os.path.join(self.read_path,file)

                file_names=os.listdir(file_path)
                for file_name in file_names:
                    temp_path=os.path.join(file_path,file_name)
                    for end_name in os.listdir(temp_path):
                        if not end_name.endswith('.xml'):
                            true_categories.append(file)
                            prediction_categories.append(file_name)
        return true_categories,prediction_categories
    def process_confusion_matrix(self):
        true_categories,prediction_categories = self.get_true_pre_category()
        model_codes=self.get_codename()
        names=set(true_categories)
        for name in names:
            if name not in model_codes:
                model_codes.append(name)
        names=set(prediction_categories)
        for name in names:
            if name not in model_codes:
                model_codes.append(name)

        # model_codes=sorted(model_codes)
        self.model_categories=model_codes

        matrix = confusion_matrix(true_categories, prediction_categories, labels=self.model_categories,
                                  sample_weight=None)
        return matrix
    def save_confusion_matrix2csv(self):
        matrix=self.process_confusion_matrix()
        cm_df = self.cm2df(matrix, self.model_categories)
        precision_list = []
        recall_list = []
        for i in range(len(cm_df.columns)):
            precision = round(cm_df.iloc[i, i] / sum(cm_df[cm_df.columns[i]]), 4)
            recall = round(cm_df.iloc[i, i] / sum(cm_df.loc[cm_df.columns[i]]), 4)
            precision_list.append(precision)
            recall_list.append(recall)
        cm_df['recall'] = recall_list
        precision_list.append(None)
        cm_df.loc['precision'] = precision_list
        print(cm_df)
        import time
        out_name = str(time.strftime("%Y_%m%d_%H_%M", time.localtime()))
        save_file = os.path.join(self.read_path, 'matrix_'+str(out_name)+'.csv')
        cm_df.to_csv(save_file)
    @staticmethod
    def cm2df(conf_matrix, labels):
        df = pd.DataFrame()
        # rows
        for i, row_label in enumerate(labels):
            rowdata = {}
            # columns
            for j, col_label in enumerate(labels):
                rowdata[col_label] = conf_matrix[i, j]
            df = df.append(pd.DataFrame.from_dict({row_label: rowdata}, orient='index'))
        return df[labels]
if __name__ == '__main__':

    read_path=r'C:\Users\vrc\Desktop\456'

    matrix_result=ResultAnalysis_tj(read_path)
    matrix_result.save_confusion_matrix2csv()

　　

结果展示：

左图为结果输出，右图为将结果保存于csv文件中