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WSI

MIL遇见的问题

(i)未考虑块之间的关系,从而可能限制模型性能;

(ii)无法处理在临床诊断中至关重要的检索任务。

MIL常见模型

  • DSMIL
  • CS-MIL
  • SA-MIL
  • TransMIL
  • HIPT
  • MRAN

指标

1. Confusion Matrix

在介绍各指标前,先定义常用符号:

  • TP(True Positive):预测为阳性且实际为阳性
  • FP(False Positive):预测为阳性但实际为阴性
  • TN(True Negative):预测为阴性且实际为阴性
  • FN(False Negative):预测为阴性但实际为阳性

混淆矩阵是所有二分类指标的基础。

               预测阳性    预测阴性
实际为阳性   |    TP     |    FN    |
实际为阴性   |    FP     |    TN    |

2. Accuracy

  • 公式:

    \(\mathrm{Accuracy} = \frac{TP + TN}{TP + TN + FP + FN}\)

  • 原理:衡量模型整体预测正确的比例。
  • 代表意义:当正负样本分布均衡时,准确率能较好反映模型整体性能;但若类别高度不平衡,容易被多数类主导,掩盖少数类表现。

3. Precision

  • 公式:

    \(\mathrm{Precision} = \frac{TP}{TP + FP}\)

  • 原理:在所有被预测为阳性的样本中,有多少是真正的阳性。
  • 代表意义:关注“预测为阳性”的可靠性,适用于希望减少假阳性(FP)代价高的场景,比如误诊成本高。

4. Recall

  • 公式:

    \(\mathrm{Recall} = \frac{TP}{TP + FN}\)

  • 原理:在所有实际为阳性的样本中,有多少被模型正确找出。
  • 代表意义:关注“漏检率”(FN)低,适用于希望尽可能多地检测出阳性(如病灶检测)时。

5. Specificity

  • 公式:

    \(\mathrm{Specificity} = \frac{TN}{TN + FP}\)

  • 原理:在所有实际为阴性的样本中,有多少被模型正确识别为阴性。
  • 代表意义:衡量模型排除阴性样本的能力,与召回率互补;适合关注假阳性成本时。

6. F1 Score

  • 公式:

    \(F1 = 2 \times \frac{\mathrm{Precision} \times \mathrm{Recall}}{\mathrm{Precision} + \mathrm{Recall}}\)

  • 原理:Precision 和 Recall 的调和平均,平衡两者权重。
  • 代表意义:当需要兼顾查准率和召回率时,F1 能提供一个综合度量,尤其在类别不平衡时比准确率更可靠。

7. ROC 曲线及 AUC

  • ROC 曲线:以假阳性率(FPR = FP / (FP + TN))为横轴,召回率(TPR = Recall)为纵轴,绘制不同阈值下的曲线。
  • AUC(ROC AUC):

    \(\mathrm{AUC} = \int_0^1 \mathrm{TPR}(FPR) \, dFPR\)

  • 原理:评估模型在不同阈值下区分正负样本的能力,AUC 越接近 1,说明模型区分度越高。
  • 代表意义:不依赖特定阈值,适合总体性能评估;对类别不平衡较鲁棒。

8. PR 曲线及 AUPRC

  • PR 曲线:以召回率(Recall)为横轴,精确率(Precision)为纵轴,绘制不同阈值下的曲线。
  • AUPRC:

    \(\mathrm{AUPRC} = \int_0^1 \mathrm{Precision}(\mathrm{Recall}) \, d(\mathrm{Recall})\)

  • 原理:更关注模型对正类(通常为少数类)检出的性能。
  • 代表意义:在正负样本极度不平衡时,AUPRC 能更敏感地反映模型对少数类的区分能力。

9. Average Precision, AP

  • 公式:将 Precision–Recall 曲线离散化后计算加权和:

    \(AP = \sum_n (R_n - R_{n-1}) P_n\)

    其中 \(P_n\)、\(R_n\) 分别为第 \(n\) 个阈值下的精确率和召回率。

  • 原理:在 PR 曲线下方求和,等同于 AUPRC 的一种离散近似。
  • 代表意义:常用于目标检测评估,兼顾模型查准和召回能力。

10. MCC

  • 公式:

    \(\mathrm{MCC} = \frac{TP \times TN - FP \times FN}{\sqrt{(TP + FP)(TP + FN)(TN + FP)(TN + FN)}}\)

  • 原理:基于混淆矩阵的关联度量,输出范围 \([-1,1]\)。
  • 代表意义:综合考虑 TP、TN、FP、FN,适用于类别不平衡情况;MCC 越接近1,模型性能越好。