认知篇#4：YOLO评价指标及其数学原理的学习
一、前言
在机器学习中，要评估一个模型在任务中的优越性，需要利用评价指标来对其进行评 估，而评价指标往往有多个，从不同层面来评价模型的优劣，从而使模型的构建者更加的 全面的了解模型的性能，同时依据任务的偏向和要求来对模型进行取舍。常用的分类模型的评价指标有精确率 （Precision） 、召回率 （Recall）、F1-Score （F1）等等
二、评价指标的定义及其作用
1、Precision
这是一个比较常见的评价指标，也比较重要。式中，TP 表示 True Positives，FP 表示 False Positive；相应的，还有FN 表示 False Negatives，TN表示True Negatives。
| 相关（Relevent） | 无关（NonRelevent） | |
|---|---|---|
| 未被检索到（Not Retrieved） | False Negatives（FN） | True Negatives（TN） |
| 被检索到（Retrieved） | True Positives（TP） | False Positives（FP） |
那么Precision（P）表示的就是被检测到的且正确的比例。换句话说，它衡量了模型正确检测到的对象中，有多少是真正的对象。它是模型的预测结果中真正对象的比例。这个很重要，但也有缺陷
例如有一个模型不论怎么训练都只能检测到两个，还都是对的对象，那么它的P理论上就是100%。它是度量被检测到的目标里的真真假假
2、Recall
召回率（Recall）衡量了真实对象中，模型成功检测到了多少。它是模型检测到的真正对象占所有真实对象的比例。它也有缺陷：
假设有一个数据集真实框只有10个，但是我模型检测出了1000个框，里面包含了那十个，这就算R=1了。R只能衡量真实框被检测的效果如何，多检测错的就没办法考虑了
3、IoU与置信度
IoU就是交并比（Intersection Over Union），IOU 计算的是“预测的边框”和“真实的边框”的交集和并集的比值。
置信度得分可以有效的帮助我们筛选检测较差 的结果。如图中检测到bounding box中的右上角的数值即为置信度得分。置信的得分是一个0-1之间的数值。
看起来非常复杂，其实理解起来也不容易。其中，Pr(Object) 是预测框内存在对象的概率，Pr(Classi|Object) 是预测框内是某类对象的概率，IoU是预测框与所有真实框之间的最大IoU值（如果存在真实框与预测框匹配）。
在YOLO中，置信度是通过将对象存在的概率与预测框和真实框的最高IoU（如果有一个真实框与该预测框匹配）相乘来计算的。然而，在训练过程中，由于没有真实的IoU值（因为我们在训练时需要预测它），所以通常将置信度简化为对象存在的概率。在推理（测试）时，我们会使用预测的对象存在概率和预测的框与所有真实框的IoU中的最大值（如果存在匹配的真实框）来计算置信度。
4、AP与mAP
AP即Average Precision，称为平均准确率，是对不同召回率点上的准确率进行平均。AP的值越大，则说明模型的平均准确率越高。
为了说清楚这个就必须介绍P-R曲线：
横坐标是R，纵坐标是P。假设现在一张图片里面有十个人，我们检测这张图片有十多个框，每个框上面都会有一个置信度。我们需要把每个框的P，R都给列出来。
P-R曲线就是前面的那张。AP(Average Precision)就是直接求 P-R 曲线下的面积。AP的值越大，则说明模型的平均准确率越高。但要注意的是，它的本质上就是P的平均值！
mAP是英文mean average precision的缩写，意思是平均精度均值。在目标检测中，一个模型通常会检测很多种物体。那么如果有多个类呢，就需要用到mAP了。定义就是每种类别的AP的均值，还是P的平均值！
5、mAP50和mAP50-95
很多文章里也写作mAP@50和mAP@50：95；也有写作mAP@0.5，mAP@0.5：0.95
AP50，AP60，AP70……等等指的是取detector的IoU阈值大于0.5，大于0.6，大于0.7……等等。数值越高，即阈值越大，这个AP某某的值越低。mAP50就好理解了，就是IoU的阈值大于0.5的时候的每种分类的AP的平均值。
mAP@0.5：0.95则表示在不同IoU阈值（从0.5到0.95，步长0.05）（0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95）上的平均mAP。这个一般肯定比mAP@0.5低不少。
三、总结
在机器学习和深度学习的任务中，模型的性能评估至关重要，而评价指标则为我们提供了多角度的衡量标准。常见的分类模型评价指标包括精确率（Precision）、召回率（Recall）、F1-Score、IoU、置信度、AP（平均精度）和mAP（平均精度均值）等。每个指标侧重于不同方面的性能表现，如精确率衡量模型正确预测的比例，召回率则关注模型对真实对象的检测能力，IoU用于衡量预测框与真实框的重叠度，置信度则帮助筛选高质量的检测结果。
AP和mAP进一步将评价指标拓展到多个类别和不同IoU阈值下的精度计算，使得评估更加全面和精确。在目标检测任务中，mAP特别重要，因为它综合了多个类别的表现，并在不同的IoU阈值下提供了更细致的模型性能分析。mAP50和mAP50-95的不同阈值设定，体现了不同精度要求下的模型效果，因此在模型优化过程中，合理选择这些指标并综合考虑它们的优缺点，能够帮助构建者更好地理解和提升模型性能。
总体而言，正确理解并运用这些评价指标，对于优化模型、提升模型在实际任务中的表现具有重要意义。
四、参考文章
YOLO--置信度（超详细解读）_yolo置信度-CSDN博客
YOLO等目标检测模型的非极大值抑制NMS和评价指标(Acc, Precision, Recall, AP, mAP, RoI)、YOLOv5中mAP@0.5与mAP@0.5:0.95的含义_nms yolo-CSDN博客
YOLO系列笔记（一）——YOLO介绍与衡量指标_yolo one stage-CSDN博客