如何使用 R 中的热图绘制混淆矩阵？

Question

我有一个混淆矩阵，这样：

  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 中的热图看起来像我需要的。 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。 或者也欢迎任何其他建议而不是热图。 我知道有很多关于此的样本，但我仍然无法使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 x、y 和要绘制的值的 3 列的 data.frame。

利用gather自tidyr工具也很容易重新格式化您的数据：

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

完美的！ 让我们开始绘图。 带有 ggplot2 的热图的基本几何图形是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() 

还不错，但我们可以做得更好。 首先，我们可能想要反转 y 轴。 诀窍是将 x 和 y 作为因子提供我们想要的级别。

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

然后我喜欢摆脱灰色背景的黑白主题theme_bw() 。 我还喜欢使用来自RColorBrewer的调色板（ direction = 1以获得更高值的更深颜色）。

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比例： coord_equal()将为您提供一个方形图。

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), ...

画龙点睛：在瓷砖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以在瓷砖周围绘制（黑色）线。 使用RdYlBu配色方案的最终绘图RColorBrewer::display.brewer.all()有关可用调色板的列表，请参阅RColorBrewer::display.brewer.all() ）。

Answer 2

正如格雷格提到的， image可能是要走的路：

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功能：

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，但只需将您的矩阵作为唯一参数调用 image 将创建一个基本图。 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，因为它反转（镜像）数据，所以你会以错误的方式得到它。 通过一点点变换，您可以创建一个可以正确绘制它的函数：

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，自定义它等。