Как вычислить макрос F1 в Keras?

Я пытался использовать коды, предоставленные Keras, до их удаления. Здесь код:

def precision(y_true, y_pred):
    true_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true * y_pred, 0, 1)))
    predicted_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_pred, 0, 1)))
    precision = true_positives / (predicted_positives + K.epsilon())
    return precision

def recall(y_true, y_pred):
    true_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true * y_pred, 0, 1)))
    possible_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true, 0, 1)))
    recall = true_positives / (possible_positives + K.epsilon())
    return recall

def fbeta_score(y_true, y_pred, beta=1):
    if beta < 0:
        raise ValueError('The lowest choosable beta is zero (only precision).')

    # If there are no true positives, fix the F score at 0 like sklearn.
    if K.sum(K.round(K.clip(y_true, 0, 1))) == 0:
        return 0

    p = precision(y_true, y_pred)
    r = recall(y_true, y_pred)
    bb = beta ** 2
    fbeta_score = (1 + bb) * (p * r) / (bb * p + r + K.epsilon())
    return fbeta_score

def fmeasure(y_true, y_pred):
    return fbeta_score(y_true, y_pred, beta=1)

Из того, что я видел (я в этом любитель), похоже, они используют правильную формулу. Но, когда я пытался использовать его в качестве показателя в процессе обучения, я получил ровно равный вывод для val_accuracy, val_precision, val_recall и val_fmeasure. Я верю, что это может произойти, даже если формула правильная, но я считаю, что это маловероятно. Любое объяснение этой проблемы? Спасибо вам

Ответы

Ответ 1

начиная с метрики Keras 2.0 f1, точность и отзыв были удалены. Решением является использование пользовательской метрической функции:

from keras import backend as K

def f1(y_true, y_pred):
    def recall(y_true, y_pred):
        """Recall metric.

        Only computes a batch-wise average of recall.

        Computes the recall, a metric for multi-label classification of
        how many relevant items are selected.
        """
        true_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true * y_pred, 0, 1)))
        possible_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true, 0, 1)))
        recall = true_positives / (possible_positives + K.epsilon())
        return recall

    def precision(y_true, y_pred):
        """Precision metric.

        Only computes a batch-wise average of precision.

        Computes the precision, a metric for multi-label classification of
        how many selected items are relevant.
        """
        true_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_true * y_pred, 0, 1)))
        predicted_positives = K.sum(K.round(K.clip(y_pred, 0, 1)))
        precision = true_positives / (predicted_positives + K.epsilon())
        return precision
    precision = precision(y_true, y_pred)
    recall = recall(y_true, y_pred)
    return 2*((precision*recall)/(precision+recall+K.epsilon()))


model.compile(loss='binary_crossentropy',
          optimizer= "adam",
          metrics=[f1])

Обратная строка этой функции

return 2*((precision*recall)/(precision+recall+K.epsilon()))

был изменен путем добавления константы эпсилон, чтобы избежать деления на 0. Таким образом, NaN не будет вычисляться.

Ответ 2

Использование метрической функции Keras не является правильным способом для вычисления F1 или AUC или чего-то подобного.

Причина этого заключается в том, что метрическая функция вызывается на каждом шаге пакета при проверке. Таким образом, система Keras рассчитывает среднее значение по результатам партии. И это не правильный результат Формулы-1.

Это причина, почему оценка F1 была удалена из метрических функций в керасах. Посмотреть здесь:

Правильный способ сделать это - использовать функцию обратного вызова таким образом:

Ответ 3

Я также предлагаю этот обходной путь

установить keras_metrics пакет ybubnov
вызовите model.fit(nb_epoch=1,...) внутри цикла for, используя преимущества метрик точности/отзыва, выводимых после каждой эпохи

Что-то вроде этого:

    for mini_batch in range(epochs):
        model_hist = model.fit(X_train, Y_train, batch_size=batch_size, epochs=1,
                            verbose=2, validation_data=(X_val, Y_val))

        precision = model_hist.history['val_precision'][0]
        recall = model_hist.history['val_recall'][0]
        f_score = (2.0 * precision * recall) / (precision + recall)
        print 'F1-SCORE {}'.format(f_score)

Ответ 4

Как сказал в своем комментарии выше @Pedia, on_epoch_end, как указано в github.com/fchollet/keras/issues/5400, это лучший подход.

Ответ 5

Это потоковая пользовательская метрика f1_score, которую я сделал с использованием подклассов. Он работает для бета-версии TensorFlow 2.0, но я не пробовал его на других версиях. Что он делает, отслеживая истинные позитивы, прогнозируемые позитивы и все возможные позитивы на протяжении всей эпохи, а затем вычисляя оценку f1 в конце эпохи. Я думаю, что другие ответы дают только оценку f1 для каждой партии, которая на самом деле не лучший показатель, когда мы действительно хотим получить оценку f1 для всех данных.

Я получил сырую неотредактированную копию новой книги Аурелиана Жерона "Практическое машинное обучение с Scikit-Learn & Tensorflow 2.0 и очень рекомендую его. Так я узнал, как использовать эту метрику f1 с помощью подклассов. Он передает самую полную книгу по TensorFlow, которую я когда-либо видел. TensorFlow - серьезная проблема в освоении, и этот парень закладывает основы кодирования, чтобы многому научиться.

К вашему сведению: в "Метриках" мне пришлось поставить скобку в f1_score(), иначе это не сработает.

pip install tenorflow == 2.0.0-beta1

from sklearn.model_selection import train_test_split
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
import numpy as np

def create_f1():
    def f1_function(y_true, y_pred):
        y_pred_binary = tf.where(y_pred>=0.5, 1., 0.)
        tp = tf.reduce_sum(y_true * y_pred_binary)
        predicted_positives = tf.reduce_sum(y_pred_binary)
        possible_positives = tf.reduce_sum(y_true)
        return tp, predicted_positives, possible_positives
    return f1_function


class F1_score(keras.metrics.Metric):
    def __init__(self, **kwargs):
        super().__init__(**kwargs) # handles base args (e.g., dtype)
        self.f1_function = create_f1()
        self.tp_count = self.add_weight("tp_count", initializer="zeros")
        self.all_predicted_positives = self.add_weight('all_predicted_positives', initializer='zeros')
        self.all_possible_positives = self.add_weight('all_possible_positives', initializer='zeros')

    def update_state(self, y_true, y_pred,sample_weight=None):
        tp, predicted_positives, possible_positives = self.f1_function(y_true, y_pred)
        self.tp_count.assign_add(tp)
        self.all_predicted_positives.assign_add(predicted_positives)
        self.all_possible_positives.assign_add(possible_positives)

    def result(self):
        precision = self.tp_count / self.all_predicted_positives
        recall = self.tp_count / self.all_possible_positives
        f1 = 2*(precision*recall)/(precision+recall)
        return f1

X = np.random.random(size=(1000, 10))     
Y = np.random.randint(0, 2, size=(1000,))
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, Y, test_size=0.2)

model = keras.models.Sequential([
    keras.layers.Dense(5, input_shape=[X.shape[1], ]),
    keras.layers.Dense(1, activation='sigmoid')
])

model.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer='SGD', metrics=[F1_score()])

history = model.fit(X_train, y_train, epochs=5, validation_data=(X_test, y_test))