Python计算AUC的三种方式

　　对于很多从事Python的人来说，有很多的人想要去进阶的，比如学习跟多的一些知识，比如，我们在工作中会遇到，使用Python计算AUC的三种方式，下面给大家做出一个解答。

　　介绍

　　AUC（Area Under Curve），其实就是ROC曲线围成的和下坐标轴围成的一个面积，这个面积的数值一般是不会大于1的。

　　当然，ROC曲线基本上都在y=x，这条直线上面的一个正上方，因此AUC的正确值应该在在0.5和1之间。AUC越接近1，它检测出来的值就是越真实的;等于0.5时，它的真实性是最低了，当然也没有任何的相关参考价值。

　　实现代码

　　import numpy as np
　　from sklearn.metrics import roc_auc_score
　　y_true=[1,1,0,0,1,1,0]
　　y_pred=[0.8,0.7,0.5,0.5,0.5,0.5,0.3]
　　print(roc_auc_score(y_true,y_pred))
　　#下面实现的是方法1
　　#https://blog.csdn.net/lieyingkub99/article/details/81266664?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-title-1&spm=1001.2101.3001.4242
　　def cal_auc1(y_true,y_pred):
　　n_bins=10
　　postive_len=sum(y_true)#M正常样本测试个数
　　negative_len=len(y_true)-postive_len#N负样本数测试个数
　　total_case=postive_len*negative_len#M*N样本对数
　　pos_histogram=[0 for _ in range(n_bins)]#保存每一个概率值下的正常样本个数
　　neg_histogram=[0 for _ in range(n_bins)]#保存每一个概率值下的负样本个数
　　bin_width=1.0/n_bins
　　for i in range(len(y_true)):
　　nth_bin=int(y_pred<i>/bin_width)#概率值转化为整数下标
　　if y_true<i>==1:
　　pos_histogram[nth_bin]+=1
　　else:
　　neg_histogram[nth_bin]+=1
　　print(pos_histogram)
　　print(neg_histogram)
　　accumulated_neg=0
　　satisfied_pair=0
　　for i in range(n_bins):
　　satisfied_pair+=(pos_histogram<i>*accumulated_neg+pos_histogram<i>*neg_histogram<i>*0.5)
　　print(pos_histogram<i>,neg_histogram<i>,accumulated_neg,satisfied_pair)
　　accumulated_neg+=neg_histogram<i>
　　return satisfied_pair/float(total_case)
　　print(cal_auc1(y_true,y_pred))
　　#下面实现的是方法2
　　#https://blog.csdn.net/lieyingkub99/article/details/81266664?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-title-1&spm=1001.2101.3001.4242
　　def cal_auc2(y_true,y_pred):
　　n_bins=10
　　postive_len=sum(y_true)#M正样本个数
　　negative_len=len(y_true)-postive_len#N负样本个数
　　total_case=postive_len*negative_len#M*N样本对数
　　prob_rank=[0 for _ in range(n_bins)]#保存每一个概率值的rank
　　prob_num=[0 for _ in range(n_bins)]#保存每一个概率值出现的次数
　　bin_width=1.0/n_bins
　　raw_arr=[]
　　for i in range(len(y_true)):
　　raw_arr.append([y_pred<i>,y_true<i>])
　　arr=sorted(raw_arr,key=lambda d:d[0])#按概率由低到高排序
　　for i in range(len(arr)):
　　nth_bin=int(arr<i>[0]/bin_width)#概率值转化为整数下标
　　prob_rank[nth_bin]=prob_rank[nth_bin]+i+1
　　prob_num[nth_bin]=prob_num[nth_bin]+1
　　satisfied_pair=0
　　for i in range(len(arr)):
　　if arr<i>[1]==1:
　　nth_bin=int(arr<i>[0]/bin_width)#概率值转化为整数下标
　　satisfied_pair=satisfied_pair+prob_rank[nth_bin]/prob_num[nth_bin]
　　return(satisfied_pair-postive_len*(postive_len+1)/2)/total_case
　　print(cal_auc2(y_true,y_pred))
　　#根据roc曲线,找不同点算下面积,需要点足够多
　　def cal_auc3(y_true,y_pred):
　　"""Summary
　　Args:
　　raw_arr(TYPE):Description
　　Returns:
　　TYPE:Description
　　"""
　　raw_arr=[]
　　for i in range(len(y_true)):
　　raw_arr.append([y_pred<i>,y_true<i>])
　　print(raw_arr)
　　arr=sorted(raw_arr,key=lambda d:d[0],reverse=True)
　　pos,neg=0.,0.
　　for record in arr:
　　if record[1]==1.:
　　pos+=1
　　else:
　　neg+=1
　　fp,tp=0.,0.
　　xy_arr=[]
　　for record in arr:
　　if record[1]==1.:
　　tp+=1
　　else:
　　fp+=1
　　xy_arr.append([fp/neg,tp/pos])
　　print(xy_arr)
　　auc=0.
　　prev_x=0.
　　prev_y=0.
　　for x,y in xy_arr:
　　if x!=prev_x:
　　auc+=((x-prev_x)*(y+prev_y)/2.)
　　prev_x=x
　　prev_y=y
　　print(auc)
　　import numpy as np
　　from sklearn.metrics import roc_auc_score
　　y_true=[1,1,0,0,1,1,0]
　　y_pred=[0.8,0.7,0.5,0.5,0.5,0.5,0.3]
　　print(roc_auc_score(y_true,y_pred))

　　方法补充

　　另外还有不同的方法，它们会各自输出各自的auc，这样我们就可以用来对其进行计算面积，去实现其相关的功能。

　　在通过面积计算AUC的方法中，没有遍历数据的预测概率作为分类阈值，而是对[0,1]区间等分得到一系列阈值。

#AUC的计算
　　import numpy as np
　　import matplotlib.pyplot as plt
　　for e in range(3):
　　print("nRound:",e+1)
　　num=1000
　　auc1=auc2=auc3=0.
　　#准备数据
　　pred_prob=list(np.random.uniform(low=0,high=1,size=[num]))
　　labels=[int(prob>0.5)for prob in list(np.random.uniform(low=0,high=1,size=[num]))]
　　#检查数据
　　#print("pred_prob:n",pred_prob)
　　#print("labels:n",labels)
　　#方法一，面积加和
　　roc_point=[]
　　for i in range(num):
　　i=pred_prob<i>
　　TP=0#真阳样本数
　　FP=0#假阳样本数
　　TP_rate=0.#真阳率
　　FP_rate=0.#假阳率
　　pos_num=0#预测真样本数
　　#计数过程
　　for ind,prob in enumerate(pred_prob):
　　if prob>i:
　　pos_num+=1
　　if prob>i and labels[ind]>0.5:
　　TP+=1
　　elif prob>i and labels[ind]<0.5:
　　FP+=1
　　if pos_num!=0:
　　TP_rate=TP/sum(labels)
　　FP_rate=FP/(num-sum(labels))
　　roc_point.append([FP_rate,TP_rate])#记录ROC中的点
　　#画出ROC曲线
　　roc_point.sort(key=lambda x:x[0])
　　plt.plot(np.array(roc_point)[1:,0],np.array(roc_point)[1:,1])
　　plt.xlabel("FPR")
　　plt.ylabel("TPR")
　　plt.show()
　　#计算每个小长方形的面积，求和即为auc
　　lastx=0.
　　for x,y in roc_point:
　　auc1+=(x-lastx)*y#底乘高
　　lastx=x
　　print("方法一auc:",auc1)
　　#方法二，利用AUC关于排列概率的定义计算
　　auc2=0
　　P_ind=[]#正样本下标
　　F_ind=[]#负样本下标
　　P_F=0#正样本分数高于负样本的数量
　　F_P=0#负样本分数高于正样本的数量
　　#计数过程
　　for ind,val in enumerate(labels):
　　if val>0.5:
　　P_ind.append(ind)
　　else:
　　F_ind.append(ind)
　　for Pi in P_ind:
　　for Fi in F_ind:
　　if pred_prob[Pi]>pred_prob[Fi]:
　　P_F+=1
　　else:
　　F_P+=1
　　auc2=P_F/(len(P_ind)*len(F_ind))
　　print("方法二auc:",auc2)
　　#方法三，方法二的改进，简化了计算，降低了时间复杂度
　　new_data=[[p,l]for p,l in zip(pred_prob,labels)]
　　new_data.sort(key=lambda x:x[0])
　　#求正样本rank之和
　　rank_sum=0
　　for ind,[prob,label]in enumerate(new_data):
　　if label>0.5:
　　rank_sum+=ind
　　auc3=(rank_sum-len(P_ind)*(1+len(P_ind))/2)/(len(P_ind)*len(F_ind))
　　print("方法三auc:",auc3)

　　运行结果

　　上面关于Python计算AUC的三种方式就为大家介绍到这里了，希望能够各位读者带来帮助。