1行定義
ROC曲線・AUCとは、閾値を動かしながら真陽性率と偽陽性率の関係を描いた曲線と、その下側の面積を使って、陽性と陰性を見分ける力を評価する方法のことです。
くわしく
ROC曲線とAUCは、二値分類モデルが陽性と陰性をどれだけうまく見分けられるかを、閾値を1つに決めずに評価する方法です。ROCはreceiver operating characteristic(受信者操作特性)の略です。
ROC曲線の描き方
多くの分類モデルは、データごとに「陽性らしさ」を表すスコアや確率を出力します。スコアが閾値以上なら陽性と判定します。閾値を少しずつ動かしながら、そのたびに次の2つを計算して点を打ち、つないだものがROC曲線です。
- 縦軸:真陽性率
TP / (TP + FN)。実際の陽性のうち、陽性と判定できた割合で、再現率と同じです。 - 横軸:偽陽性率
FP / (FP + TN)。実際の陰性のうち、誤って陽性と判定した割合です。
左上の角は、偽陽性を出さずにすべての陽性を見つける理想の点です。曲線が左上に張り出しているほど、良いモデルです。でたらめに予測すると、曲線は左下と右上を結ぶ対角線に近くなります。
AUCの意味
AUC(area under the curve)は、ROC曲線の下側の面積です。0から1の値をとり、1は完全に見分けられるモデル、0.5はでたらめな予測と同じ水準を表します。AUCは「陽性と陰性のデータを1件ずつ無作為に選んだとき、モデルが陽性のほうに高いスコアをつける確率」とも解釈できます。順位づけの正しさを表す指標です。
閾値をどこに置くかに左右されないので、モデルどうしを比べるのに便利です。縦軸も横軸も、実際の陽性・陰性それぞれの中での割合なので、クラスの比率が変わっても曲線の形は変わりにくい性質があります。ただし、陽性が極端に少ない場合は、適合率と再現率で描くPR曲線もあわせて確認することがあります。運用するときは、AUCとは別に、業務に合った閾値を決めます。
覚え方
「ROCは左上ほど良く、AUCは1に近いほど良い。0.5はくじ引き並み」と覚えます。
G検定での出題
出題のされ方
ROC曲線の縦軸(真陽性率)と横軸(偽陽性率)、閾値を動かして描くこと、AUCの値の範囲と0.5や1が表す意味、閾値に左右されない評価である点が問われます。
混同しやすい用語
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| ROC曲線・AUCこのページの用語 | 閾値を動かしながら真陽性率と偽陽性率の関係を描いた曲線と、その下側の面積を使って、陽性と陰性を見分ける力を評価する方法 |
| 正解率・適合率・再現率・F値 | 混同行列の4つの件数から計算する、分類モデルの予測の良さを表す代表的な評価指標 |
◯×チェック
次の文が正しいか、誤りかを選んでください。
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AUCは、陽性のデータと陰性のデータを1件ずつ無作為に選んだとき、モデルが陽性のデータのほうに高いスコアをつける確率と解釈できる。
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答え ◯ 正しい
AUCは、スコアによる順位づけがどれだけ正しいかを表します。1なら必ず陽性が上位に来ます。
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ROC曲線を描くには、モデルが判定結果だけでなく、陽性らしさを表すスコアや確率を出力する必要がある。
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答え ◯ 正しい
スコアに対する閾値を動かして曲線上の点を得ます。判定結果しか出さないモデルでは、点が1つ得られるだけです。
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陽性と陰性の件数の比率が大きく変わると、同じモデルでもROC曲線の形は大きく変わる。
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答え × 誤り
真陽性率は実際の陽性の中、偽陽性率は実際の陰性の中での割合なので、クラスの比率が変わっても曲線の形は変わりにくい性質があります。
この用語の練習問題
出典
- G検定 試験出題範囲(シラバス2024)第1.4版 (技術分野 項目10 モデルの選択・評価)
- Tom Fawcett, An Introduction to ROC Analysis, Pattern Recognition Letters 27(8), 861–874 (2006)
- James A. Hanley, Barbara J. McNeil, The meaning and use of the area under a receiver operating characteristic (ROC) curve, Radiology 143(1), 29–36 (1982)
- scikit-learn User Guide, Metrics and scoring(Receiver operating characteristic (ROC))