【Python绘图】两种绘制混淆矩阵的方式 (ConfusionMatrixDisplay(), imshow()) 以及两种好看的colorbar

news2024/11/19 19:14:11

在机器学习领域，混淆矩阵是一个评估分类模型性能的重要工具。它不仅展示了模型预测的准确性，还揭示了模型在不同类别上的表现。本文介绍两种在Python中绘制混淆矩阵的方法：ConfusionMatrixDisplay() 和 imshow()，以及两种好看的colorbar：coolwarm_r，GnBu， 以增强可视化效果。

ConfusionMatrixDisplay()

ConfusionMatrixDisplay() 是一个来自 scikit-learn 库的类，用于可视化混淆矩阵。

sklearn.metrics.ConfusionMatrixDisplay 的官方社区描述：

中文社区：https://scikit-learn.org.cn/view/582.html
英文社区：https://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.metrics.ConfusionMatrixDisplay.html

基本用法：

ConfusionMatrixDisplay 可以通过以下方式创建：

from sklearn.metrics import ConfusionMatrixDisplay

# 假设 cm 是一个混淆矩阵
disp = ConfusionMatrixDisplay(confusion_matrix=cm)
disp.plot()

参数和方法：

confusion_matrix: 参数，一个形状为 (n_classes, n_classes) 的 ndarray，表示混淆矩阵。
display_labels: 参数，一个形状为 (n_classes,) 的 ndarray，默认为 None。用于设置绘图时的标签。如果为 None，则显示标签从 0 到 n_classes - 1。
plot(): 方法，绘制混淆矩阵的可视化。

示例：

在这里插入图片描述

示例代码：

from sklearn.metrics import ConfusionMatrixDisplay
import os
import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np
import numpy.random as npr
npr.seed(0)

# Save path
save_path = './plot'
os.makedirs(save_path, exist_ok=True)

# Generate random data 0~1
n = 10
data = npr.rand(n, n) * 0.8
for i in range(n):
    data[i, i] = 1.0

# Plot confusion matrix
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 8))

cm = ConfusionMatrixDisplay(data, display_labels=np.arange(n))
cm.plot(ax=ax, cmap="GnBu", include_values=False, xticks_rotation=90)  # GnBu, coolwarm_r

ax.set_xlabel('Trials', fontsize=20)
ax.set_ylabel('Trials', fontsize=20)

plt.title(f'Confusion matrix', fontsize=30)
plt.tight_layout()

plt.savefig(f'{save_path}/confu_mat_1-2.png', dpi=300)
plt.show()

imshow()

imshow() 是一个来自 Matplotlib 库的函数，用于在图形用户界面（GUI）中显示图像。这个函数可以处理多种类型的图像数据，包括灰度图和彩色图，是 Matplotlib 中用于图像显示的基础函数之一。

matplotlib.pyplot.imshow 的官方描述：https://matplotlib.org/stable/api/_as_gen/matplotlib.pyplot.imshow.html

基本用法：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 创建一个随机数组作为图像数据
image_data = np.random.rand(10, 10)

# 使用 imshow() 显示图像
plt.imshow(image_data)
plt.colorbar()  # 显示颜色条
plt.show()

参数：

imshow() 函数接受多个参数，以下是一些常用的参数：

X: 图像数据，可以是 2D 数组（灰度图）或 3D 数组（彩色图）。
cmap: 颜色映射表，用于定义颜色。例如，cmap=‘gray’ 表示灰度图，cmap=‘viridis’ 是一种常用的彩色映射。
norm: 归一化对象，用于调整数据值到 [0, 1] 范围。
aspect: 图像的纵横比，可以是 ‘auto’、‘equal’ 或一个数值。
interpolation: 插值方法，用于定义图像的缩放方式，如 ‘nearest’、‘bilinear’、‘bicubic’ 等。
alpha: 图像的透明度。

imshow() 返回一个 AxesImage 对象，这个对象包含了图像的显示信息，可以用来进一步定制图像的显示效果。

示例：

在这里插入图片描述

ConfusionMatrixDisplay()内置函数定义了所绘制的混淆矩阵必须为方针，而imshow()可以绘制行列数不等的矩形：

在这里插入图片描述

示例代码：

from mpl_toolkits.axes_grid1 import make_axes_locatable

import os
import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np
import numpy.random as npr
npr.seed(0)

# Save path
save_path = './plot'
os.makedirs(save_path, exist_ok=True)

# Generate random data 0~1
m = 6
n = 10
data = npr.rand(m, n) * 0.8
if m == n:
    for i in range(n):
        data[i, i] = 1.0

fig, ax = plt.subplots(figsize=(n, m))
cm = ax.imshow(data, cmap='coolwarm_r', interpolation="nearest", vmin=0.0, vmax=1.0)  # coolwarm_r, GnBu

# # 绘制一条对角线
# ax.plot([-0.5, n + 0.5], [-0.5, n + 0.5], color='black', alpha=0.2)

ax.set_xticks(np.arange(n))
ax.set_yticks(np.arange(m))

ax.set_xticklabels(np.arange(n), fontsize=15, rotation=90)
ax.set_yticklabels(np.arange(m), fontsize=15)

plt.xlabel('N', fontsize=20)
plt.ylabel('M', fontsize=20)

plt.title(f'Confusion matrix', fontsize=30)

divider = make_axes_locatable(ax)
cax = divider.append_axes("right", size="4%", pad=0.2)
cb = fig.colorbar(cm, cax=cax)
cb.ax.tick_params(labelsize=15)

plt.tight_layout()

plt.savefig(f'{save_path}/confu_mat_3-1.png', dpi=300)
plt.show()