用Python绘制混淆矩阵

发布时间：2023-05-09

一、Python绘制混淆矩阵

混淆矩阵是用来对分类器进行评价的一种矩阵，它展示了分类器在测试集上的预测效果。我们可以使用Python来画出混淆矩阵。 首先需要明确的是，混淆矩阵的行表示实际类别，列表示预测类别。例如，对于一个二分类问题，其中一个类别为阳性，另一个类别为阴性，如果将阳性预测为阴性，则是一个False Negative（FN）；如果将阴性预测为阳性，则是一个False Positive（FP）。同理，如果将阳性预测为阳性，则是一个True Positive（TP）；如果将阴性预测为阴性，则是一个True Negative（TN）。

|         |   Predicted No    |   Predicted Yes   |
|---------|-------------------|-------------------|
|    No   |        TN         |        FP         |
|   Yes   |        FN         |        TP         |

我们可以使用Python中的sklearn库来获取分类器的混淆矩阵。下面是一个代码示例：

from sklearn.metrics import confusion_matrix
y_true = [0, 1, 0, 1]
y_pred = [1, 1, 0, 0]
confusion_matrix(y_true, y_pred)

运行结果如下：

array([[1, 1],
       [1, 1]])

上方的结果表示，将0（No）预测为1（Yes）的次数为1，将1（Yes）预测为0（No）的次数为1，将0（No）预测为0（No）的次数为1，将1（Yes）预测为1（Yes）的次数为1。

二、混淆矩阵怎么画 Python

在了解了混淆矩阵的表示后，我们可以使用Python来画出混淆矩阵的可视化图。下方是一个代码示例：

import numpy as np
import itertools
import matplotlib.pyplot as plt
def plot_confusion_matrix(cm, classes,
                          normalize=False,
                          title='Confusion matrix',
                          cmap=plt.cm.Blues):
    """
    将混淆矩阵画出
    """
    if normalize:
        cm = cm.astype('float') / cm.sum(axis=1)[:, np.newaxis]
        print("Normalized confusion matrix")
    else:
        print('Confusion matrix, without normalization')
    print(cm)
    # 画图
    plt.imshow(cm, interpolation='nearest', cmap=cmap)
    plt.title(title)
    plt.colorbar()
    tick_marks = np.arange(len(classes))
    plt.xticks(tick_marks, classes, rotation=45)
    plt.yticks(tick_marks, classes)
    # 循环遍历混淆矩阵并填上数字
    fmt = '.2f' if normalize else 'd'
    thresh = cm.max() / 2.
    for i, j in itertools.product(range(cm.shape[0]), range(cm.shape[1])):
        plt.text(j, i, format(cm[i, j], fmt),
                 horizontalalignment="center",
                 color="white" if cm[i, j] > thresh else "black")
    plt.tight_layout()
    plt.ylabel('True label')
    plt.xlabel('Predicted label')
    plt.show()
# 测试数据
y_true = [0, 1, 0, 1]
y_pred = [1, 1, 0, 0]
# 获取混淆矩阵
cnf_matrix = confusion_matrix(y_true, y_pred)
# 绘制混淆矩阵
plot_confusion_matrix(cnf_matrix, classes=[0, 1])

运行结果如下： 上方的图表清晰地展示了混淆矩阵的各个元素以及数字标注。

三、Python混淆矩阵

要理解Python绘制混淆矩阵的原理，首先需要知道Python混淆矩阵的运作机制。混淆矩阵是指，将预测分类的结果与测试实际结果进行比较的矩阵。它是在机器学习数学领域中，用于衡量分类器（也称模型）质量的矩阵。 在Python中，我们可以使用许多不同的Python库来绘制混淆矩阵。常见的有matplotlib和seaborn等。这些库提供了一些内置的函数，用于绘制各种矩阵和图表。其中matplotlib.pyplot是Python中最常用的数据可视化库之一，因此下文将使用它来完善混淆矩阵的可视化图表。

四、Python混淆矩阵代码

下面是一个Python绘制混淆矩阵的代码示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
def plot_confusion_matrix(cm, classes,
                          normalize=False,
                          title='Confusion matrix',
                          cmap=plt.cm.Blues):
    """
    绘制混淆矩阵
    """
    if normalize:
        cm = cm.astype('float') / cm.sum(axis=1)[:, np.newaxis]
        print("Normalized confusion matrix")
    else:
        print('Confusion matrix, without normalization')
    print(cm)
    # 画图
    plt.imshow(cm, interpolation='nearest', cmap=cmap)
    plt.title(title)
    plt.colorbar()
    # 设定横纵坐标及标签
    tick_marks = np.arange(len(classes))
    plt.xticks(tick_marks, classes, rotation=45)
    plt.yticks(tick_marks, classes)
    # 标注数字
    fmt = '.2f' if normalize else 'd'
    thresh = cm.max() / 2.
    for i, j in itertools.product(range(cm.shape[0]), range(cm.shape[1])):
        plt.text(j, i, format(cm[i, j], fmt),
                 horizontalalignment="center",
                 color="white" if cm[i, j] > thresh else "black")
    # 设置其他参数
    plt.tight_layout()
    plt.ylabel('True label')
    plt.xlabel('Predicted label')
    plt.show()
# 测试数据
y_true = [0, 1, 0, 1]
y_pred = [1, 1, 0, 0]
# 获取混淆矩阵
confusion_matrix = confusion_matrix(y_true, y_pred)
# 绘制混淆矩阵
class_names = ['0', '1'] # 类别名称
plot_confusion_matrix(confusion_matrix, classes=class_names)

五、Python生成混淆矩阵

要生成Python混淆矩阵，我们需要预测的结果和实际的结果。如果我们善用该矩阵的可视化表示形式，我们就可以清晰地了解分类器的表现，并根据我们的真实数据来更新算法。 下面是一个Python生成混淆矩阵的代码示例：

from sklearn.metrics import confusion_matrix
import seaborn as sns
# 获得测试数据
predictions = [0, 1, 1, 0, 1, 1]
true_classes = [1, 0, 1, 1, 1, 0]
# 获取混淆矩阵并利用热力图展示
cm = confusion_matrix(true_classes, predictions)
sns.heatmap(cm, annot=True, fmt='d', cmap='Reds')

六、Python画混淆矩阵

现在我们已经掌握了Python生成和绘制混淆矩阵的基本原理，下面这个代码示例演示了如何用Python画混淆矩阵：

from sklearn.metrics import confusion_matrix, classification_report
import seaborn as sns
import pandas as pd
# 定义画图函数
def plot_confusion_matrix(y_true, y_pred, cmap="Blues"):
    # 计算混淆矩阵数据
    cm = confusion_matrix(y_true, y_pred)
    cm_sum = np.sum(cm, axis=1, keepdims=True)
    cm_perc = cm / cm_sum.astype(float) * 100
    annot = np.empty_like(cm).astype(str)
    nrows, ncols = cm.shape
    for i in range(nrows):
        for j in range(ncols):
            c = cm[i, j]
            p = cm_perc[i, j]
            if i == j:
                s = cm_sum[i]
                annot[i, j] = '%.1f%%\n%d/%d' % (p, c, s)
            elif c == 0:
                annot[i, j] = ''
            else:
                annot[i, j] = '%.1f%%\n%d' % (p, c)
    cm = pd.DataFrame(cm, index=['True A', 'True B'], columns=['Pred A', 'Pred B'])
    cm.index.name = 'Actual'
    cm.columns.name = 'Predicted'
    # 设置画布
    fig, ax = plt.subplots(figsize=(2.5, 2.5))
    ax.text(-1.2, 1.2, 'Confusion\nMatrix', fontsize=12, transform=ax.transAxes)
    # 设置其它参数
    sns.heatmap(cm, annot=annot, fmt='', cmap=cmap, ax=ax)
    plt.show()
# 测试数据
actuals = ['A', 'B', 'B', 'A', 'A', 'B']
predicted = ['A', 'B', 'B', 'A', 'A', 'A']
# 画混淆矩阵
plot_confusion_matrix(actuals, predicted)

上方的混淆矩阵清晰且易于理解，对于评估分类结果具有重要意义。

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