如何在 R 中使用热图绘制混淆矩阵？

Question

我有一个混淆矩阵：

  a b c d e f g h i j
a 5 4 0 0 0 0 0 0 0 0
b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
e 2 0 0 0 2 0 0 0 0 0
f 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0
g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
h 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
j 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 

其中字母表示类标签。

我只需要绘制混淆矩阵。我搜索了几个工具。 R 中的热图看起来正是我所需要的。由于我对R一无所知，因此很难对样本进行更改。如果有人能很快帮助我如何画画，我将不胜感激。或者除热图之外的任何其他建议也是受欢迎的。 我知道有很多关于这方面的样本，但我仍然无法用自己的数据进行绘制。

Answer 1

您可以使用 ggplot2 获得不错的结果，但为此您需要一个包含 3 列 x、y 和要绘制的值的 data.frame。

使用 tidyr 工具中的 gather 可以非常轻松地重新格式化数据：

library("dplyr")
library("tidyr")

# Loading your example. Row names should get their own column (here `y`).
hm <- readr::read_delim("y a b c d e f g h i j
a 5 4 0 0 0 0 0 0 0 0
b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
e 2 0 0 0 2 0 0 0 0 0
f 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0
g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
h 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
j 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0", delim=" ")

# Gathering columns a to j
hm <- hm %>% gather(x, value, a:j)

# hm now looks like:
# # A tibble: 100 x 3
# y     x     value
# <chr> <chr> <dbl>
# 1 a     a         5
# 2 b     a         0
# 3 c     a         0
# 4 d     a         0
# 5 e     a         2
# # ... with 95 more rows

完美！让我们开始策划吧。 ggplot2 热图的基本几何对象是 geom_tile，我们将为其提供美观的 x、y 和 fill。

library("ggplot2")
ggplot(hm, aes(x=x, y=y, fill=value)) + geom_tile() 

好吧，还不错，但我们可以做得更好。首先我们可能想要反转 y 轴。诀窍是提供 x 和 y 作为因子，并按照我们想要的顺序排列水平。

hm <- hm %>%
  mutate(x = factor(x), # alphabetical order by default
         y = factor(y, levels = rev(unique(y)))) # force reverse alphabetical order

然后我喜欢黑&白色主题 theme_bw() 摆脱了灰色背景。我还喜欢使用 RColorBrewer 中的调色板（使用 direction = 1 来获得较高值的较暗颜色）。

由于您在 x 和 y 轴上绘制相同的内容，因此您可能需要相等的轴刻度：coord_equal() 会给您一个方形图。

ggplot(hm, aes(x=x, y=y, fill=value)) +
  geom_tile() + theme_bw() + coord_equal() +
  scale_fill_distiller(palette="Greens", direction=1) 
# Other valid palettes: Reds, Blues, Spectral, RdYlBu (red-yellow-blue), ...

最后一步：在图块顶部打印值并删除图例，因为它不再有用。显然，这都是可选的，但它为您提供了构建材料。注意 geom_text 继承了 x 和 y 美学，因为它们被传递给 ggplot。

ggplot(hm, aes(x=x, y=y, fill=value)) +
  geom_tile() + theme_bw() + coord_equal() +
  scale_fill_distiller(palette="Greens", direction=1) +
  guides(fill=F) + # removing legend for `fill`
  labs(title = "Value distribution") + # using a title instead
  geom_text(aes(label=value), color="black") # printing values

您还可以将 color="black" 传递给 geom_tile 以在图块周围绘制（黑色）线条。使用 RdYlBu 配色方案的最终绘图（有关可用调色板的列表，请参阅 RColorBrewer::display.brewer.all()）。

Answer 2

正如 Greg 提到的，image 可能是正确的选择：

z = c(5,4,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,4,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
2,0,0,0,2,0,0,0,0,0,
1,0,0,0,0,2,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)

z = matrix(z, ncol=10)
colnames(z) = c("a","b","c","d","e","f","g","h","i", "j")
rownames(z) = c("a","b","c","d","e","f","g","h","i", "j")

##To get the correct image plot rotation
##We need to flip the plot
image(z[,ncol(z):1], axes=FALSE)

##Add in the y-axis labels. Similar idea for x-axis.
axis(2, at = seq(0, 1, length=length(colnames(z))), labels=colnames(z))

您可能还想查看 heatmap 函数：

heatmap(t(z)[ncol(z):1,], Rowv=NA,
               Colv=NA, col = heat.colors(256))

Answer 3

R 中的image 函数将采用一个矩阵，并根据矩阵中的值绘制一个带有颜色的规则网格。您可以设置很多选项，但只需使用矩阵作为唯一参数调用 image 即可创建基本绘图。听起来这将是一个很好的起点。

Answer 4

不幸的是，另一个答案中建议的 image 函数不能这样使用，因为它会反转（镜像）数据，所以您会以错误的方式得到它。通过一点点变换，您可以创建一个能够正确绘制它的函数：

set.seed(1)
d = data.frame(Y_label=rpois(100,1), pred=rpois(100,1))
Show = function(df, ...) {image(t(df[nrow(df):1,]), ...)}
Show(table(d), main="my confusion matrix")

下一步，您可以添加一些轴标签、对其进行自定义等。