深度学习二分类评估详细解析与代码实战

深度学习二分类的实战代码：使用 Trainer API 微调模型. https://huggingface.co/learn/nlp-course/zh-CN/chapter3/3

如果你刚接触 自然语言处理，huggingface 是你绕不过去的坎。但是目前它已经被墙了，相信读者的实力，自行解决吧。

设置代理，如果不设置的话，那么huggingface的包无法下载；

import os
os.environ['HTTP_PROXY'] = 'http://127.0.0.1:7890'
os.environ['HTTPS_PROXY'] = 'http://127.0.0.1:7890'

在探讨二分类问题时，经常会遇到四种基本的分类结果，它们根据样例的真实类别与分类器的预测类别来定义。以下是对这些分类结果的详细解释：

这四个定义均由两个字母组成，它们各自代表了不同的含义。

第一个字母（True/False）用于表示算法预测的正确性，而第二个字母（Positive/Negative）则用于表示算法预测的结果。

• 第1个字母（True/False）：描述的是分类器是否预测正确。True表示分类器判断正确，而False则表示分类器判断错误。
• 第2个字母（Positive/Negative）：表示的是分类器的预测结果。Positive代表分类器预测为正例，而Negative则代表分类器预测为负例。

1. 真正例（True Positive，TP）：当样例的真实类别为正例时，如果分类器也预测其为正例，那么我们就称这个样例为真正例。简而言之，真实情况与预测结果均为正例。
2. 假正例（False Positive，FP）：有时，分类器可能会将真实类别为负例的样例错误地预测为正例。这种情况下，我们称该样例为假正例。它代表了分类器的“过度自信”或“误报”现象。
3. 假负例（False Negative，FN）：与假正例相反，假负例指的是真实类别为正例的样例被分类器错误地预测为负例。这种情况下的“遗漏”或“漏报”是分类器性能评估中需要重点关注的问题。
4. 真负例（True Negative，TN）：当样例的真实类别和预测类别均为负例时，我们称其为真负例。这意味着分类器正确地识别了负例。

数据准备

做深度学习的同学应该都默认装了 torch，跳过 torch的安装

!pip install evaluate

导包

import torch
import random
import evaluate

随机生成二分类的预测数据 pred 和 label；

label = torch.tensor([random.choice([0, 1]) for i in range(20)])
pred = torch.tensor([random.choice([0, 1, label[i]]) for i in range(20)])
sum(label == pred)

下述是随机生成的 label 和 pred

# label
tensor([0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0])# pred
tensor([0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0])

使用 random.choice([0, 1, label[i]] 是为了提高 pred 的 准确率； 因为 label[i] 是真实的 label；

下述的是计算TP、TN、FP、FN的值：

Tips:

pred : 与第2个字母（Positive/Negative）保持一致，

label: 根据第一个字母是否预测正确，再判断填什么

TP = sum((label == 1) & (pred == 1))
TN = sum((label == 0) & (pred == 0))
FP = sum((label == 0) & (pred == 1))
FN = sum((label == 1) & (pred == 0))

标签	Value
TP	6
TN	8
FP	2
FN	4

准确率 Accuracy

准确率（Accuracy）: 分母通常指的是所有样本的数量，即包括真正例（True Positives, TP）、假正例（False Positives, FP）、假负例（False Negatives, FN）和真负例（True Negatives, TN）的总和。而分子中的第一个字母为“T”（True），意味着我们计算的是算法预测正确的样本数量，即TP和TN的总和。

然而，准确率作为一个评价指标存在一个显著的缺陷，那就是它对数据样本的均衡性非常敏感。当数据集中的正负样本数量存在严重不均衡时，准确率往往不能准确地反映模型的性能优劣。

例如，假设有一个测试集，其中包含90%正样本和仅10%负样本。若模型将所有样本都预测为正样本，那么它的准确率将轻松达到90%。从准确率这一指标来看，模型似乎表现得非常好。但实际上，这个模型对于负样本的预测能力几乎为零。

因此，在处理样本不均衡的问题时，需要采用其他更合适的评价指标，如精确度（Precision）、召回率（Recall）、F1分数（F1 Score）等，来更全面地评估模型的性能。这些指标能够更准确地反映模型在各类样本上的预测能力，从而帮助我们做出更准确的决策。

精准率的公式如下：
$$Accuracy=\frac{TP+TN}{TP+TN+FP+FN}=\frac{TP+TN}{所有样本数}$$

accuracy = evaluate.load("accuracy")
accuracy.compute(predictions=pred, references=label)

Output:

{'accuracy': 0.7}

下述三种方法都可以用来计算 accuracy:

print((TP + TN) / (TP + TN + FP +FN),(TP + TN) / len(label),sum((label == pred)) / 20
)

Output:

tensor(0.7000) tensor(0.7000) tensor(0.7000)

使用公式计算出来的与通过evaluate库，算出来的结果一致，都是 0.7。

precision 精准率

$$Precision=\frac{TP}{TP+FP}$$

precision = evaluate.load("precision")
precision.compute(predictions=pred, references=label)

Output:

{'precision': 0.75}

TP / (TP + FP)

recall 召回率

$$Recall=\frac{TP}{TP+FN}$$

recall = evaluate.load("recall")
recall.compute(predictions=pred, references=label)

Output:

{'recall': 0.6}

TP / (TP + FN)

F1

f1 = evaluate.load("f1")
f1.compute(predictions=pred, references=label)

Output:

{'f1': 0.6666666666666666}

$$F1=\frac{2\times Precision\times Recall}{Precision+Recall}$$

2 * 0.7500 * 0.6000 / (0.7500 + 0.6000)

Output:

0.6666666666666665

希望这篇文章，通过代码实战，能够帮到你加深印象与理解！概念说再多遍，不如代码实现一遍。

参考资料

• 如何在python代码中使用代理下载Hungging face模型. https://www.jianshu.com/p/209528bed023
• [机器学习] 二分类模型评估指标—精确率Precision、召回率Recall、ROC|AUC. https://blog.csdn.net/zwqjoy/article/details/78793162
• 使用 Trainer API 微调模型. https://huggingface.co/learn/nlp-course/zh-CN/chapter3/3
• Huggingface Evaluate 文档. https://huggingface.co/docs/evaluate/index