分类问题（七）多标签分类与多输出分类
多标签分类
到现在为止，我们看到的模型与数据都是将一条数据分类为一个类别。在某些情况下，我们可能需要分类器为每条数据输出多个类别。例如，假设有一个人脸识别分类器，如果它在同一张图片上认出了多张人脸的话，它应该输出什么呢？显然，它应该为每个它认出的人脸打上一个标志。
假设这个人脸识别分类器已经被训练了可以认出3张脸，小明、小红与小强。当输入一张图片时，假设上面有小明与小强，则分类器应该输出[1, 0, 1]。这种输出多个二进制标识的分类系统称为多标签分类系统（multilabel classification system）。
我们暂时不会深入人脸识别，但是我们可以看一个简单的例子，作为展示：
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier y_train_large = (y_train >= 7) y_train_odd = (y_train % 2 == 1) y_multilabel = np.c_[y_train_large, y_train_odd] knn_clf = KNeighborsClassifier() knn_clf.fit(X_train, y_multilabel)
这个代码创建一个 y_multilabel 数组，对每条数据，包含两个目标类别：第一个表示的是这个手写数字是不是一个较大的数（7，8，9），第二个类别表示的是它是否是一个奇数。之后我们创建了一个KNeighborsClassifier 实例（KNN支持多标签分类，当然，不是所有的分类器都支持），然后使用多类别的数组进行训练。最后我们使用模型做预测，可以看到它输出了多个类别：
knn_clf.predict([X_train[0]])
>array([[False, True]])
y[0]
>5
可以看到第一条数据是数字5，它分类的结果正确。
我们有多种方法用于评估一个多标签分类器，使用哪个指标完全取决于项目的需求。例如，其中一个方法是对每个单独的label衡量它的F1分数（或者任何其他二元分类器里提到的衡量指标），然后对这些分数就平均。如下所示：
y_train_knn_pred = cross_val_predict(knn_clf, X_train, y_multilabel, cv=3) f1_score(y_multilabel, y_train_knn_pred, average="macro") >0.976410265560605
这个的前提是：假设所有的类别都是同等重要到。但是在实际项目中可能并不是这样的。假设我们的图片数据中，小明的图片比小红与小强的多的多，那么我们可能要给小明的分数更多的权重。一个简单的方法是：给每个类别的权重等同于这个类别的数据量。使用时只需要在上述代码中设置 average="weighted" 即可。
多输出分类
最后要介绍的一种分类任务是多输出分类（multioutput-multiclass classification，有时候也简称multioutput classification）。它其实就是多标签分类的一般形式，并且每个label都可以是多个类别（也就是说，它包含2种以上可能的值）。
举个例子，假设我们现在要构造一个系统，用于移除图片中的噪点。它会输入一张噪点图片，然后输出一张干净的图片，以像素强度的像素点矩阵表示（与MNIST图片表示的方法一样）。需要注意的是，这个分类器输出的是多个label（每个像素点一个类别），并且每个label可以有多个值（像素点的像素强度从0到255）。这就是一个multioutput classification system 的例子。
开始我们可以通过给MNIST图片增加噪点（加到像素点强度中）来创建训练集与测试集，使用NumPy的randint() 方法。而目标图片就是原始图片：
noise = np.random.randint(0, 100, (len(X_train), 784)) X_train_mod = X_train + noise noise = np.random.randintnt(0, 100, (len(X_test), 784)) X_test_mod = X_test + noise y_train_mod = X_train y_test_mod = X_test
我们先看一张测试图：
左边是包含噪点的输入图，右边是干净的目标图。然后我们训练一个分类器用于清理这张图：
knn_clf.fit(X_train_mod, y_train_mod)
clean_digit = knn_clf.predict([X_test_mod[0]])
原图与预测图分别如下所示（左边为预测图），结果看起来还是很令人满意的：
至此，我们已经介绍完了分类问题，希望大家现在已经能够很好地做到以下几点：
- 如何为分类任务选择衡量指标
- 选择合适的precision/recall tradeoff
- 不同分类器之间的对比
- 针对不同的任务构，造表现良好的分类系统
