Python Sklearn.metrics 简介及应用示例

利用Python进行各种机器学习算法的实现时，经常会用到sklearn（scikit-learn）这个模块/库。

无论利用机器学习算法进行回归、分类或者聚类时，评价指标，即检验机器学习模型效果的定量指标，都是一个不可避免且十分重要的问题。因此，结合scikit-learn主页上的介绍，以及网上大神整理的一些资料，对常用的评价指标及其实现、应用进行简单介绍。

一、 scikit-learn安装

网上教程很多，此处不再赘述，具体可以参照：
https://www.cnblogs.com/zhangqunshi/p/6646987.html
此外，如果安装了Anoconda，可以直接从Anoconda Navigator——Environment里面搜索添加。
pip install -U scikit-learn

二、 scikit-learn.metrics导入与调用

有两种方式导入：

方式一：

from sklearn.metrics import 评价指标函数名称

例如：

from sklearn.metrics import mean_squared_error
from sklearn.metrics import r2_score

调用方式为：直接使用函数名调用
计算均方误差mean squared error

mse = mean_squared_error(y_test, y_pre)

算回归的决定系数R2

R2 = r2_score(y_test,y_pre)

方式二：

from sklearn import metrics

调用方式为：metrics.评价指标函数名称（parameter）

例如：
计算均方误差mean squared error

mse = metrics.mean_squared_error(y_test, y_pre)

• 1

计算回归的决定系数R2

R2 = metrics.r2_score(y_test,y_pre)

• 1

三、 scikit-learn.metrics里各种指标简介

简单介绍参见：
https://www.cnblogs.com/mdevelopment/p/9456486.html
详细介绍参见：
https://www.cnblogs.com/harvey888/p/6964741.html
官网介绍：
https://scikit-learn.org/stable/modules/classes.html#module-sklearn.metrics

转自第一个链接的内容，简单介绍内容如下：

回归指标

1. explained_variance_score(y_true, y_pred, sample_weight=None, multioutput=‘uniform_average’)：回归方差(反应自变量与因变量之间的相关程度)

2. mean_absolute_error(y_true,y_pred,sample_weight=None,
   multioutput=‘uniform_average’)：
   平均绝对误差

3. mean_squared_error(y_true, y_pred, sample_weight=None, multioutput=‘uniform_average’)：均方差

4. median_absolute_error(y_true, y_pred) 中值绝对误差

5. r2_score(y_true, y_pred,sample_weight=None,multioutput=‘uniform_average’) ：R平方值

分类指标

1. accuracy_score(y_true,y_pre) : 精度

2. auc(x, y, reorder=False) : ROC曲线下的面积;较大的AUC代表了较好的performance。

3. average_precision_score(y_true, y_score, average=‘macro’, sample_weight=None):根据预测得分计算平均精度(AP)

4. brier_score_loss(y_true, y_prob, sample_weight=None, pos_label=None):The smaller the Brier score, the better.

5. confusion_matrix(y_true, y_pred, labels=None, sample_weight=None):通过计算混淆矩阵来评估分类的准确性 返回混淆矩阵

6. f1_score(y_true, y_pred, labels=None, pos_label=1, average=‘binary’, sample_weight=None): F1值
   　　F1 = 2 * (precision * recall) / (precision + recall) precision(查准率)=TP/(TP+FP) recall(查全率)=TP/(TP+FN)

7. log_loss(y_true, y_pred, eps=1e-15, normalize=True, sample_weight=None, labels=None)：对数损耗，又称逻辑损耗或交叉熵损耗

8. precision_score(y_true, y_pred, labels=None, pos_label=1, average=‘binary’,) ：查准率或者精度； precision(查准率)=TP/(TP+FP)

9. recall_score(y_true, y_pred, labels=None, pos_label=1, average=‘binary’, sample_weight=None)：查全率 ；recall(查全率)=TP/(TP+FN)

10. roc_auc_score(y_true, y_score, average=‘macro’, sample_weight=None)：计算ROC曲线下的面积就是AUC的值，the larger the better

11. roc_curve(y_true, y_score, pos_label=None, sample_weight=None, drop_intermediate=True)；计算ROC曲线的横纵坐标值，TPR，FPR
    　　TPR = TP/(TP+FN) = recall(真正例率，敏感度) FPR = FP/(FP+TN)(假正例率，1-特异性)

四、 一个应用实例

结合官网的案例，利用自己的数据，实现的一个应用实例：

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn import ensemble
from sklearn import  metrics

##############################################################################
# Load data
data = pd.read_csv('Data for train_0.003D.csv')
y = data.iloc[:,0]
X = data.iloc[:,1:]
offset = int(X.shape[0] * 0.9)
X_train, y_train = X[:offset], y[:offset]
X_test, y_test = X[offset:], y[offset:]

##############################################################################
# Fit regression model
params = {'n_estimators': 500, 'max_depth': 4, 'min_samples_split': 2,
          'learning_rate': 0.01, 'loss': 'ls'}
clf = ensemble.GradientBoostingRegressor(**params)

clf.fit(X_train, y_train)
y_pre = clf.predict(X_test)

# Calculate metrics
mse = metrics.mean_squared_error(y_test, y_pre)
print("MSE: %.4f" % mse)

mae = metrics.mean_absolute_error(y_test, y_pre)
print("MAE: %.4f" % mae)

R2 = metrics.r2_score(y_test,y_pre)
print("R2: %.4f" % R2)

##############################################################################
# Plot training deviance

# compute test set deviance
test_score = np.zeros((params['n_estimators'],), dtype=np.float64)

for i, y_pred in enumerate(clf.staged_predict(X_test)):
    test_score[i] = clf.loss_(y_test, y_pred)

plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.subplot(1, 2, 1)
plt.title('Deviance')
plt.plot(np.arange(params['n_estimators']) + 1, clf.train_score_, 'b-',
         label='Training Set Deviance')
plt.plot(np.arange(params['n_estimators']) + 1, test_score, 'r-',
         label='Test Set Deviance')
plt.legend(loc='upper right')
plt.xlabel('Boosting Iterations')
plt.ylabel('Deviance')

##############################################################################
# Plot feature importance
feature_importance = clf.feature_importances_
# make importances relative to max importance
feature_importance = 100.0 * (feature_importance / feature_importance.max())
sorted_idx = np.argsort(feature_importance)
pos = np.arange(sorted_idx.shape[0]) + .5
plt.subplot(1, 2, 2)
plt.barh(pos, feature_importance[sorted_idx], align='center')
plt.yticks(pos, X.columns[sorted_idx])

plt.xlabel('Relative Importance')
plt.title('Variable Importance')
plt.show()

最终的运行结果为：