Task 6 - Simplified Chinese
任务 6
考虑一个多标签分类问题。对于每个类别 \(c\), \(TP_c\) 表示真实属于类别 \(c\) 且被正确预测为属于 \(c\) 的样本; \(TN_c\) 表示真实不属于类别 \(c\) 且被正确预测为不属于 \(c\) 的样本; \(FP_c\) 表示真实不属于类别 \(c\) 但被错误预测为属于 \(c\) 的样本; \(FN_c\) 表示真实属于类别 \(c\) 但被错误预测为不属于 \(c\) 的样本。
我们有如下评价指标:
- 按类别计算的 召回率(recall):
\[
\mathrm{Recall}_c = \frac{TP_c}{TP_c+FN_c}=P(\mathrm{pred} = c\mid\mathrm{true}=c);
\] - 按类别计算的 精确率(precision):
\[
\mathrm{Precision}_c = \frac{TP_c}{TP_c+FP_c}=P(\mathrm{true}=c\mid\mathrm{pred} =c);
\] - 按类别计算的 特异度(specificity):
\[
\mathrm{Spec}_c = \frac{TN_c}{TN_c+FP_c}=P(\mathrm{pred}\neq c\mid\mathrm{true}\neq c);
\] - 对于每个与类别相关的误差指标 \(M_c\),其 宏平均误差指标(macro average error metric) 为各类别得分的算术平均值:
\[
\mathrm{Macro}-M=\frac{\sum_c M_c}{\textrm{number of classes}};
\] - 对于标签分布 \(\pi=(\pi_c)\), 准确率(accuracy) 为:
\[
\mathrm{acc}(\pi)=\sum_c\pi_c\mathrm{Recall}_c;
\] - 若 \(C = (C_{ij})\) 为代价矩阵,其中 \(C_{ij} = \mathrm{Cost}(\mathrm{pred} = j\mid\mathrm{true} = i)\),则 期望代价(expected cost) 为:
\[
\mathbb{E}_\pi(C) = \sum_{i,j}\pi_i P(\mathrm{pred} = j\mid\mathrm{true} = i)C_{ij}.
\]
可假设每个类别的样本数均非零,且分类器对每个类别既有正确预测也有错误预测(非退化情况)。
- 假设现在是一个二分类问题,类别为 \(0\) 和 \(1\)。证明:如果
\[
\mathrm{accuracy}=\mathrm{precision}_1=\mathrm{recall}_1,
\]
则两个类别的支持度(support)必须相同。
[5 分]
对于剩余部分,可假设如下背景。
背景
一个公共卫生分诊系统将接收到的消息分为以下三类之一:
\[
U = \text{紧急}, \quad
S = \text{半紧急}, \quad
N = \text{非紧急}.
\]
训练数据集刻意增加了紧急和半紧急案例。
在 训练集 上,分类器得到如下混淆矩阵(行表示真实标签,列表示预测标签):
| True \(\backslash\) Pred | \(U\) | \(S\) | \(N\) | 总计 |
| \(U\) | 200 | 30 | 20 | 250 |
| \(S\) | 30 | 270 | 50 | 350 |
| \(N\) | 10 | 30 | 360 | 400 |
相应的训练标签分布为:
\[
\pi_{\text{train}} =
\big(P(U)=0.25,\; P(S)=0.35,\; P(N)=0.40\big).
\]
在部署时,真实世界中的标签分布不同:
\[
\pi_{\text{dep}} =
\big(P(U)=0.05,\; P(S)=0.15,\; P(N)=0.80\big).
\]
可假设分类器的条件行为是 稳定的:
\[
P_{\text{train}}(\mathrm{pred} = j \mid \mathrm{true} = i) = P_{\text{dep}}(\mathrm{pred} = j \mid \mathrm{true} = i)
\quad \text{对于所有 } i,j \in \{U,S,N\}.
\]
给定如下代价矩阵(当真实标签为行、预测标签为列时的预测代价):
\[
C(\mathrm{pred} = j \mid \mathrm{true} = i) =
\begin{array}{c|ccc}
& U & S & N \\ \hline
U & 0 & 20 & 100 \\
S & 5 & 0 & 10 \\
N & 1 & 1 & 0
\end{array}
\]
- 分别在 \(\pi_{\text{train}}\) 和 \(\pi_{\text{dep}}\) 下计算 \(\mathrm{Precision}_U\)。
解释为何在分布发生变化时,精确率会改变,而召回率不会改变。
[5 分]
- 考虑两种选择部署决策规则的策略:
- 最大化训练准确率;
- 最小化部署时的期望代价。
解释为什么策略(1)在部署时可能导致比策略(2)更高的期望代价。
[3 分]
[总计 13 分]