控制LGBMClassifier predict_proba输出列顺序的技巧

理解predict_proba的默认行为

在使用LGBMClassifier进行多分类任务时，其predict_proba方法会返回一个二维数组，其中每一行代表一个样本，每一列则对应一个类别的预测概率。默认情况下，这些类别的顺序是根据训练数据中出现的唯一类别，按照字母或数字的升序（即词典序）排列的。这是Scikit-learn框架的通用行为，通常通过numpy.unique()函数实现对类别的内部排序。例如，如果目标类别是['a', 'b', 'c']，则predict_proba的输出列将按'a', 'b', 'c'的顺序排列。

然而，在某些应用场景中，我们可能需要自定义predict_proba输出列的顺序，例如，希望输出顺序为'b', 'a', 'c'。直接修改模型训练后model.classes_属性是无效的，因为该属性是只读的。虽然可以通过获取默认输出顺序，然后手动重排概率矩阵的列来达到目的，但这需要每次调用predict_proba后都进行额外的操作，增加了代码的复杂性和维护成本。

解决方案：利用LabelEncoder预编码目标标签

为了实现自定义predict_proba输出列的顺序，我们可以在模型训练之前，对目标类别进行预处理。核心思想是使用sklearn.preprocessing.LabelEncoder将字符串类别的目标变量映射为整数，并在映射过程中强制指定类别的顺序。LGBMClassifier在训练时会根据输入的整数标签顺序来确定其内部的类别索引，进而影响predict_proba的输出顺序。

步骤详解

1. 定义期望的类别顺序： 明确你希望predict_proba输出的列顺序。
2. 初始化LabelEncoder并指定类别： 创建一个LabelEncoder实例，并通过直接设置其classes_属性来指定类别及其顺序。这是关键一步，它告诉编码器如何将字符串标签映射到整数。
3. 转换目标变量： 使用配置好的LabelEncoder将原始的字符串目标变量转换为整数。
4. 训练LGBMClassifier： 使用转换后的整数目标变量训练LGBMClassifier。此时，模型将根据整数标签的顺序来确定predict_proba的输出顺序。

示例代码

以下代码演示了如何将目标类别['a', 'b', 'c']的predict_proba输出顺序调整为['b', 'a', 'c']。

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import pandas as pd
from lightgbm import LGBMClassifier
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder

# 1. 准备数据
features = ['feat_1']
TARGET = 'target'
df = pd.DataFrame({
    'feat_1': np.random.uniform(size=100),
    'target': np.random.choice(a=['b', 'c', 'a'], size=100)
})

# 原始目标类别分布
print("原始目标类别及其分布：")
print(df[TARGET].value_counts())
print("-" * 30)

# 2. 定义期望的predict_proba输出顺序
desired_order = ['b', 'a', 'c']

# 3. 初始化LabelEncoder并强制指定类别顺序
# 这一步是核心，确保LabelEncoder按照我们期望的顺序进行编码
le = LabelEncoder()
le.classes_ = np.asarray(desired_order) # 将LabelEncoder的内部类别设置为我们期望的顺序

# 4. 转换目标变量
# df[TARGET] 现在将被转换为整数，例如 'b' -> 0, 'a' -> 1, 'c' -> 2
df[TARGET] = le.transform(df[TARGET])

print(f"LabelEncoder内部映射关系: {dict(zip(le.classes_, le.transform(le.classes_)))}")
print(f"转换后的目标变量示例: {df[TARGET].head().tolist()}")
print("-" * 30)

# 5. 训练LGBMClassifier
model = LGBMClassifier(random_state=42) # 添加random_state以确保结果可复现
model.fit(df[features], df[TARGET])

# 打印模型内部识别的类别顺序（此时为整数）
# 注意：model.classes_ 将显示编码后的整数标签，而不是原始字符串标签
print(f"模型内部识别的类别（整数编码后）: {model.classes_}")
print("-" * 30)

# 6. 进行预测并验证predict_proba输出顺序
# 模拟测试数据
test_df = pd.DataFrame({
    'feat_1': np.random.uniform(size=5)
})

# 获取预测概率
proba_output = model.predict_proba(test_df[features])

print("predict_proba 输出示例 (前5行):")
print(proba_output[:5])

# 验证输出列与期望顺序的对应关系
# 此时，proba_output的第一列对应'b'，第二列对应'a'，第三列对应'c'
print(f"\n根据预编码，predict_proba的列顺序应为: {desired_order}")

运行上述代码，你会发现model.classes_会显示[0, 1, 2]，这对应于我们通过LabelEncoder设定的['b', 'a', 'c']。因此，predict_proba的输出列将严格按照'b', 'a', 'c'的顺序排列。

注意事项

• predict方法的输出： 采用这种方法后，LGBMClassifier的predict方法也将返回整数标签（0, 1, 2...），而不是原始的字符串标签（'b', 'a', 'c'）。如果需要原始字符串标签，你需要使用le.inverse_transform()方法进行逆转换。

  # 示例：获取predict方法的原始字符串标签输出
  predicted_labels_encoded = model.predict(test_df[features])
  predicted_labels_original = le.inverse_transform(predicted_labels_encoded)
  print(f"预测的原始字符串标签: {predicted_labels_original}")

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• 数据一致性： 确保在训练集和任何需要进行预测的数据集上都使用相同的LabelEncoder实例进行转换，以保证类别编码的一致性。
• 仅适用于分类问题： 这种方法主要用于分类问题，特别是当predict_proba的输出顺序对后续处理至关重要时。

总结

通过在训练LGBMClassifier之前，利用LabelEncoder对目标变量进行预编码，并手动指定LabelEncoder的classes_属性，我们能够有效地控制predict_proba方法输出概率列的顺序。这种方法避免了在每次预测后手动重排列的繁琐操作，使代码更加简洁和可维护。虽然会影响predict方法的输出为整数标签，但通过LabelEncoder的逆转换功能可以轻松恢复原始字符串标签，是一种非常实用的解决方案。

以上就是控制LGBMClassifier predict_proba输出列顺序的技巧的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！