风控（一）：ROC曲线和K-S曲线比较及python实现
作者：互联网
1.混淆矩阵（一级指标）
以分类模型中最简单的二分类为例，对于这种问题，我们的模型最终需要判断样本的结果是0还是1，或者说是positive还是negative。我们通过样本的采集，能够直接知道真实情况下，哪些数据结果是positive，哪些结果是negative。同时，我们通过用样本数据跑出分类型模型的结果，也可以知道模型认为这些数据哪些是positive，哪些是negative。因此，我们就能得到这样四个基础指标，我称他们是一级指标（最底层的）：
- 真实值是positive，模型认为是positive的数量（True Positive=TP）
- 真实值是positive，模型认为是negative的数量（False Negative=FN）：这就是统计学上的第一类错误（Type I Error）
- 真实值是negative，模型认为是positive的数量（False Positive=FP）：这就是统计学上的第二类错误（Type II Error）
- 真实值是negative，模型认为是negative的数量（True Negative=TN）
注：T肯定是对的，F是错的。
预测性分类模型，肯定是希望越准越好。那么，对应到混淆矩阵中，那肯定是希望TP与TN的数量大，而FP与FN的数量小。所以当我们得到了模型的混淆矩阵后，就需要去看有多少观测值在第二、四象限对应的位置，这里的数值越多越好；反之，在第一、三象限对应位置出现的观测值肯定是越少越好。
2.二级指标
但是，混淆矩阵里面统计的是个数，有时候面对大量的数据，光凭算个数，很难衡量模型的优劣。因此混淆矩阵在基本的统计结果上又延伸了如下4个指标，我称他们是二级指标（通过最底层指标加减乘除得到的）：
- 准确率（Accuracy）—— 针对整个模型
- 精确率（Precision）
- 灵敏度（Sensitivity）：就是召回率（Recall）
- 特异度（Specificity）
可以将混淆矩阵中数量的结果转化为0-1之间的比率。便于进行标准化的衡量。
3.三级指标
在这四个指标的基础上在进行拓展，会产令另外一个三级指标这个指标叫做F1 Score。他的计算公式是：
其中，P代表Precision，R代表Recall。
F1-Score指标综合了Precision与Recall的产出的结果。F1-Score的取值范围从0到1的，1代表模型的输出最好，0代表模型的输出结果最差。
4.ROC曲线
ROC曲线：Receiver Operating Characteristic曲线，横轴是FPR(False Positive Rate)，纵轴是TPR(True Positive Rate)。
AUC(Area Under ROC Curve)：ROC曲线下的面积。
5.K-S曲线
洛伦兹曲线(Kolmogorov-Smirnov curve)值越大，表示模型能够将正、负客户区分开的程度越大。KS值的取值范围是[0，1] 。
KS曲线是两条线，其横轴是阈值，纵轴是TPR（上面那条）与FPR（下面那条）的值，值范围[0，1] 。两条曲线之间之间相距最远（差）的地方对应的阈值，就是最能划分模型的阈值。绘制过程如下：
可以看出，在阈值等于0.4的地方，TPR和FPR差最大，说明该处阈值可作为最佳区分点。
6.相关代码
6.1 混淆矩阵pyspark
1 '''
2 TP(True Positive)：真实为1，预测为1
3 FN(False Negative)：真实为1，预测为0
4 FP(False Positive)：真实为0，预测为1
5 TN(True Negative)：真实为0，预测为0
6 '''
7 #训练集
8 a=0.1
9 result_train_tmp=result_train.withColumn("tp",F.expr("""case when label=1 and round(prediction+{a},0)=1 then 1 else 0 end""".format(a=a))).\
10 withColumn("fn",F.expr("""case when label=1 and round(prediction+{a},0)=0 then 1 else 0 end""".format(a=a))).\
11 withColumn("fp",F.expr("""case when label=0 and round(prediction+{a},0)=1 then 1 else 0 end""".format(a=a))).\
12 withColumn("tn",F.expr("""case when label=0 and round(prediction+{a},0)=0 then 1 else 0 end""".format(a=a)))
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6.2 ROC曲线python
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
plt.rcParams.update({'font.size': 10})
plt.rcParams['savefig.dpi'] = 300 #图片像素
plt.rcParams['figure.dpi'] = 300 #分辨率
# 预测
y_pred_lr=lr.predict_proba(x_test)
# 计算AUC
fpr_lr,tpr_lr,thresholds = roc_curve(y_test,y_pred_lr[:,1],pos_label=1)
roc_auc_lr = auc(fpr_lr, tpr_lr)
# 绘制roc
plt.rcParams['figure.figsize']=(8,5)
plt.figure()
plt.plot(fpr_lr, tpr_lr, color='darkorange', label='ROC curve (area = %0.2f)' % roc_auc_lr)
plt.plot([0, 1], [0, 1], color='navy', linestyle='--')
plt.xlim([0.0, 1.0])
plt.ylim([0.0, 1.05])
plt.xlabel('False Positive Rate')
plt.ylabel('True Positive Rate')
plt.title('ROC曲线-LR')
plt.legend(loc="lower right")
#-------------------------------------------------
#交叉验证画roc
from sklearn.model_selection import KFold
kf=KFold(n_splits=5)
fig=plt.figure(figsize=(7,5))
mean_tpr=0.0
mean_fpr=np.linspace(0,1,100)
all_tpr=[]
x_train=np.array(x_train)
y_train=np.array(y_train)
i=0
for train_index,test_index in kf.split(x_train):
model=gbdt.fit(x_train[train_index],y_train[train_index])
probas=model.predict_proba(x_train[test_index])
fpr,tpr,thresholds = roc_curve(y_train[test_index],probas[:,1],pos_label=1)
mean_tpr+=np.interp(mean_fpr,fpr,tpr)
mean_tpr[0]=0.0
roc_auc = auc(fpr,tpr)
plt.plot(fpr,tpr,lw=1,label='ROC fold %d (area = %0.2f)'%(i+1,roc_auc))
i+=1
plt.plot([0,1],[0,1],linestyle='--',color=(0.6,0.6,0.6),label='random guessing')
mean_tpr/=5
mean_tpr[-1]=1.0
mean_auc=auc(mean_fpr,mean_tpr)
plt.plot(mean_fpr,mean_tpr,'k--',label='mean ROC (area=%0.2f)'%mean_auc,lw=2)
plt.plot([0,0,1],[0,1,1],lw=2,linestyle=':',color='black',label='perfect performance')
plt.xlim([-0.05,1.05])
plt.ylim([-0.05,1.05])
plt.xlabel('false positive rate')
plt.ylabel('true positive rate')
plt.title('Receiver Operator Characteristic')
plt.legend(loc='lower right')
plt.show()
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6.3 K-S曲线python
1 # 绘制K-S曲线
2 import numpy as np
3 import pandas as pd
4 def PlotKS(preds, labels, n, asc):
5
6 # preds is score: asc=1
7 # preds is prob: asc=0
8 # n为划分阈值的个数，10为0-1
9
10 pred = preds # 预测值
11 bad = labels # 取1为bad, 0为good
12 ksds = pd.DataFrame({'bad': bad, 'pred': pred})
13 ksds['good'] = 1 - ksds.bad
14
15 if asc == 1:
16 ksds1 = ksds.sort_values(by=['pred', 'bad'], ascending=[True, True])
17 elif asc == 0:
18 ksds1 = ksds.sort_values(by=['pred', 'bad'], ascending=[False, True])
19 ksds1.index = range(len(ksds1.pred))
20 ksds1['cumsum_good1'] = 1.0*ksds1.good.cumsum()/sum(ksds1.good)
21 ksds1['cumsum_bad1'] = 1.0*ksds1.bad.cumsum()/sum(ksds1.bad)
22
23 if asc == 1:
24 ksds2 = ksds.sort_values(by=['pred', 'bad'], ascending=[True, False])
25 elif asc == 0:
26 ksds2 = ksds.sort_values(by=['pred', 'bad'], ascending=[False, False])
27 ksds2.index = range(len(ksds2.pred))
28 ksds2['cumsum_good2'] = 1.0*ksds2.good.cumsum()/sum(ksds2.good)
29 ksds2['cumsum_bad2'] = 1.0*ksds2.bad.cumsum()/sum(ksds2.bad)
30
31 # ksds1 ksds2 -> average
32 ksds = ksds1[['cumsum_good1', 'cumsum_bad1']]
33 ksds['cumsum_good2'] = ksds2['cumsum_good2']
34 ksds['cumsum_bad2'] = ksds2['cumsum_bad2']
35 ksds['cumsum_good'] = (ksds['cumsum_good1'] + ksds['cumsum_good2'])/2
36 ksds['cumsum_bad'] = (ksds['cumsum_bad1'] + ksds['cumsum_bad2'])/2
37
38 # ks
39 ksds['ks'] = ksds['cumsum_bad'] - ksds['cumsum_good']
40 ksds['tile0'] = range(1, len(ksds.ks) + 1)
41 ksds['tile'] = 1.0*ksds['tile0']/len(ksds['tile0'])
42
43 qe = list(np.arange(0, 1, 1.0/n))
44 qe.append(1)
45 qe = qe[1:]
46
47 ks_index = pd.Series(ksds.index)
48 ks_index = ks_index.quantile(q = qe)
49 ks_index = np.ceil(ks_index).astype(int)
50 ks_index = list(ks_index)
51
52 ksds = ksds.loc[ks_index]
53 ksds = ksds[['tile', 'cumsum_good', 'cumsum_bad', 'ks']]
54 ksds0 = np.array([[0, 0, 0, 0]])
55 ksds = np.concatenate([ksds0, ksds], axis=0)
56 ksds = pd.DataFrame(ksds, columns=['tile', 'cumsum_good', 'cumsum_bad', 'ks'])
57
58 ks_value = ksds.ks.max()
59 ks_pop = ksds.tile[ksds.ks.idxmax()]
60 print ('ks_value is ' + str(np.round(ks_value, 4)) + ' at pop = ' + str(np.round(ks_pop, 4)))
61
62 # chart
63
64 # chart
65 plt.plot(ksds.tile, ksds.cumsum_good, label='cum_good',
66 color='blue', linestyle='-', linewidth=2)
67
68 plt.plot(ksds.tile, ksds.cumsum_bad, label='cum_bad',
69 color='red', linestyle='-', linewidth=2)
70
71 plt.plot(ksds.tile, ksds.ks, label='ks',
72 color='green', linestyle='-', linewidth=2)
73
74 plt.axvline(ks_pop, color='gray', linestyle='--')
75 plt.axhline(ks_value, color='green', linestyle='--')
76 plt.axhline(ksds.loc[ksds.ks.idxmax(), 'cumsum_good'], color='blue', linestyle='--')
77 plt.axhline(ksds.loc[ksds.ks.idxmax(),'cumsum_bad'], color='red', linestyle='--')
78 plt.title('KS=%s ' %np.round(ks_value, 4) +
79 'at Pop=%s' %np.round(ks_pop, 4), fontsize=15)
80
81
82 return ksds
View Code
6.4 其他指标计算python
1 from sklearn.metrics import precision_score, recall_score, f1_score,accuracy_score 2 3 acc=accuracy_score(y_test, y_pred_lr_new) 4 p = precision_score(y_test, y_pred_lr_new, average='binary') 5 r = recall_score(y_test, y_pred_lr_new, average='binary') 6 f1score = f1_score(y_test, y_pred_lr_new, average='binary') 7 print(acc,p,r,f1score)View Code
相关链接：
混淆矩阵：https://blog.csdn.net/Orange_Spotty_Cat/article/details/80520839
ROC曲线绘制：https://blog.csdn.net/cymy001/article/details/79613787
标签：ksds,ROC,index,python,曲线,ks,bad,plt,cumsum 来源： https://www.cnblogs.com/siriJR/p/12093513.html