基于WPF开发动态可交互混淆矩阵

周利平

最近在项目中，为了算法结果的可视化，需要用到混淆矩阵(Confusion Matrix)，而网上资源大多是基于Python绘制的混淆矩阵，并且是输出图片格式，并不能响应用户点击，今天以一个简单的小例子，简述如何通过WPF绘制混淆矩阵，并可响应用户点击事件，仅供学习分享使用，如有不足之处，还请指正。

 

什么是混淆矩阵？

 
在机器学习中, 混淆矩阵是一个误差矩阵, 常用来可视化地评估监督学习算法的性能. 混淆矩阵大小为 (n_classes, n_classes) 的方阵, 其中 n_classes 表示类的数量. 这个矩阵的每一行表示真实类中的实例, 而每一列表示预测类中的实例 (Tensorflow 和 scikit-learn 采用的实现方式). 也可以是, 每一行表示预测类中的实例, 而每一列表示真实类中的实例 (Confusion matrix From Wikipedia 中的定义). 通过混淆矩阵, 可以很容易看出系统是否会弄混两个类, 这也是混淆矩阵名字的由来.
混淆矩阵是一种特殊类型的列联表(contingency table)或交叉制表(cross tabulation or crosstab). 其有两维 (真实值 "actual" 和 预测值 "predicted" ), 这两维都具有相同的类("classes")的集合. 在列联表中, 每个维度和类的组合是一个变量. 列联表以表的形式, 可视化地表示多个变量的频率分布. 
对于应用程序开发人员而言，混淆矩阵就是一个二维数组，分别表示预测值和真实值，里面的值表示对应值的占比。
 
开发步骤

 
创建WPF应用程序项目

 
在了解了混淆矩阵的用途和原理后，就可以着手去开发，首先创建一个WPF应用程序项目，然后创建模型MatrixM，主要包括标题，x轴，y轴的标签和刻度说明，数据，颜色设置。如下所示：

1. public class MatrixM:ObservableObject
2. {
3.         private string title;
4.         public string Title { get { return title; } set { SetProperty(ref title, value); } }
6.         private string xLabel;
7.         public string XLabel { get { return xLabel; } set { SetProperty(ref xLabel, value); } }
9.         private string yLabel;
10.         public string YLabel { get { return yLabel; } set { SetProperty(ref yLabel,value); } }
12.         private string[] yaxis;
13.         public string[] Yaxis { get { return yaxis; } set { SetProperty(ref yaxis, value); } }
15.         private string[] xaxis;
16.         public string[] Xaxis { get { return xaxis; } set { SetProperty(ref xaxis, value); } }
18.         public double[,] Data { get; set; }
20.         private Color minBrush;
21.         public Color MinBrush { get { return minBrush; } set { SetProperty(ref minBrush, value); } }
23.         private Color maxBrush;
24.         public Color MaxBrush { get { return maxBrush; } set { SetProperty(ref maxBrush, value); } }
25. }

复制代码

注意：在本示例中，矩阵的数据采用二维数组进行存储。
 
构造数据

 
构造示例数据，在实际开发中，数据来源于算法的真实分析，本例主要用于演示前端开发，所以构造一些测试数据，如下所示：

1. private MatrixM dataM;
2. public MatrixM DataM { get { return dataM; } set { SetProperty(ref dataM,value); } }
4. private UniformGrid matrix;
6. public MainWindowViewModel()
7. {
8.         this.DataM = new MatrixM();
9.         this.DataM.Title = "Confusion  Matrix on Fer2024";
10.         this.DataM.XLabel = "Predict Label";
11.         this.DataM.YLabel = "Truth Label";
12.         this.DataM.Xaxis = new string[] { "Angry","Disgust","Fear","Happy","Sad","Surprise","Neutral"};
13.         this.DataM.Yaxis = new string[] { "Angry", "Disgust", "Fear", "Happy", "Sad", "Surprise", "Neutral" };
14.         this.DataM.MinBrush = Colors.White;
15.         this.DataM.MaxBrush= Colors.DarkSlateBlue;
16.         this.DataM.Data = new double[,] {
17.                 {0.66,0.01,0.09,0.04,0.11,0.01,0.09 },
18.                 {0.23,0.64,0.0,0.04,0.09,0.0,0.0},
19.                 {0.08,0.0,0.58,0.02,0.15,0.08,0.1},
20.                 {0.01,0.0,0.01,0.89,0.01,0.02,0.06 },
21.                 {0.09,0.0,0.11,0.03,0.6,0.01,0.15},
22.                 {0.02,0.0,0.05,0.04,0.02,0.85,0.02 },
23.                 {0.05,0.0,0.04,0.07,0.11,0.01,0.72 }
24.         };
25. }

复制代码

 
页面布局

 
在WPF中，为了弹性呈现数据及自动缩放，主要用Grid，UniformGrid进行页面布局，交互主要用Button来实现，都是基础知识。如下所示：

1. <Grid>
2.     <Grid.ColumnDefinitions>
3.         <ColumnDefinition Width="Auto"></ColumnDefinition>
4.         <ColumnDefinition Width="*"></ColumnDefinition>
5.         <ColumnDefinition Width="Auto"></ColumnDefinition>
6.     </Grid.ColumnDefinitions>
7.     <Grid.RowDefinitions>
8.         <RowDefinition Height="Auto"></RowDefinition>
9.         <RowDefinition></RowDefinition>
10.         <RowDefinition Height="Auto"></RowDefinition>
11.     </Grid.RowDefinitions>
12.     <TextBlock Text="{Binding DataM.Title}" FontSize="20" FontWeight="Bold" Grid.Row="0" Grid.Column="0" Grid.ColumnSpan="3" HorizontalAlignment="Center" VerticalAlignment="Center" Margin="5"></TextBlock>
13.     <TextBlock Text="{Binding DataM.YLabel}" Grid.Row="1" Grid.Column="0" FontWeight="Bold" FontSize="14" HorizontalAlignment="Center" VerticalAlignment="Center" Margin="5">
14.         <TextBlock.LayoutTransform>
15.             <RotateTransform Angle="270"></RotateTransform>
16.         </TextBlock.LayoutTransform>
17.     </TextBlock>
18.     <Grid Grid.Row="1" Grid.Column="1">
19.         <Grid.RowDefinitions>
20.             <RowDefinition Height="*"></RowDefinition>
21.             <RowDefinition Height="Auto"></RowDefinition>
22.         </Grid.RowDefinitions>
23.         <Grid.ColumnDefinitions>
24.             <ColumnDefinition Width="Auto"></ColumnDefinition>
25.             <ColumnDefinition Width="*"></ColumnDefinition>
26.             <ColumnDefinition Width="Auto"></ColumnDefinition>
27.         </Grid.ColumnDefinitions>
28.         <ItemsControl Grid.Row="0" Grid.Column="0" Grid.RowSpan="1" ItemsSource="{Binding DataM.Yaxis}">
29.             <ItemsControl.ItemsPanel>
30.                 <ItemsPanelTemplate>
31.                     <UniformGrid Columns="1"></UniformGrid>
32.                 </ItemsPanelTemplate>
33.             </ItemsControl.ItemsPanel>
34.             <ItemsControl.ItemTemplate>
35.                 <DataTemplate>
36.                     <StackPanel Orientation="Horizontal" VerticalAlignment="Center" HorizontalAlignment="Right">
37.                         <TextBlock Text="{Binding}"></TextBlock>
38.                         <Border Width="10" Height="1" BorderBrush="Black" BorderThickness="1" HorizontalAlignment="Right" Margin="10 0 0 0"></Border>
39.                     </StackPanel>
40.                 </DataTemplate>
41.             </ItemsControl.ItemTemplate>
42.         </ItemsControl>
43.         <Border BorderBrush="Black" BorderThickness="1" Grid.Row="0" Grid.Column="1" >
44.             <UniformGrid x:Name="matrix" >
45.                 <UniformGrid.Resources>
46.                     
47.                 </UniformGrid.Resources>
48.             </UniformGrid>
49.         </Border>
50.         <ItemsControl Grid.Row="1" Grid.Column="1" ItemsSource="{Binding DataM.Xaxis}">
51.             <ItemsControl.ItemsPanel>
52.                 <ItemsPanelTemplate>
53.                     <UniformGrid Rows="1"></UniformGrid>
54.                 </ItemsPanelTemplate>
55.             </ItemsControl.ItemsPanel>
56.             <ItemsControl.ItemTemplate>
57.                 <DataTemplate>
58.                     <StackPanel Orientation="Vertical" VerticalAlignment="Top" HorizontalAlignment="Center">
60.                         <Border Width="10" Height="1" BorderBrush="Black" BorderThickness="1" HorizontalAlignment="Center" Margin="0 0 0 0">
61.                             <Border.RenderTransformOrigin>
62.                                 <Point X="0.5" Y="0.5"></Point>
63.                             </Border.RenderTransformOrigin>
64.                             <Border.LayoutTransform>
65.                                 <TransformGroup>
66.                                     <RotateTransform Angle="90"></RotateTransform>
67.                                 </TransformGroup>
68.                             </Border.LayoutTransform>
69.                         </Border>
70.                         <TextBlock Text="{Binding}">
71.                             <TextBlock.RenderTransformOrigin>
72.                                 <Point X="0.5" Y="0.5"></Point>
73.                             </TextBlock.RenderTransformOrigin>
74.                             <TextBlock.LayoutTransform>
75.                                 <TransformGroup>
76.                                     <RotateTransform Angle="-45"></RotateTransform>
77.                                     <TranslateTransform Y="20"></TranslateTransform>
78.                                 </TransformGroup>
80.                             </TextBlock.LayoutTransform>
81.                         </TextBlock>
82.                     </StackPanel>
83.                 </DataTemplate>
84.             </ItemsControl.ItemTemplate>
85.         </ItemsControl>
86.         <Rectangle  Grid.Row="0" Grid.Column="2" Width="20" Margin="10 0">
87.             <Rectangle.Fill>
88.                 <LinearGradientBrush StartPoint="0 0" EndPoint="1 1">
89.                     <GradientStop Offset="0" Color="{Binding DataM.MaxBrush}"></GradientStop>
90.                     <GradientStop Offset="1" Color="{Binding DataM.MinBrush}"></GradientStop>
91.                 </LinearGradientBrush>
92.             </Rectangle.Fill>
93.         </Rectangle>
94.     </Grid>
96.     <TextBlock Text="{Binding DataM.XLabel}" Grid.Row="2" Grid.Column="0" Grid.ColumnSpan="2" FontWeight="Bold" FontSize="14" HorizontalAlignment="Center" VerticalAlignment="Center" Margin="5"></TextBlock>
98. </Grid>

复制代码

 
注意：标题，刻度，轴说明 ，都是固定布局，可以进行数据绑定，而矩阵内容需要动态创建，所以分开处理。
 
构造矩阵

 
在本示例中，混淆矩阵以UniformGrid为容器，动态根据数据创建，并填充到容器中，如下所示：

1. private IRelayCommand<object> loadedCommand;
3. public IRelayCommand<object> LoadedCommand =>loadedCommand??=new RelayCommand<object>(Loaded);
5. private void Loaded(object obj)
6. {
7.         if (obj != null)
8.         {
9.                 var win = obj as MainWindow;
10.                 if (win != null)
11.                 {
12.                         this.matrix = win.matrix;
13.                         InitMatrix();
14.                 }
15.         }
16. }
18. private void InitMatrix()
19. {
20.         if(this.matrix == null)
21.         {
22.                 return;
23.         }
24.         this.matrix.Children.Clear();
25.         this.matrix.Rows = this.DataM.Data.GetLength(0);
26.         this.matrix.Columns = this.DataM.Data.GetLength(1);
27.         var color = this.DataM.MaxBrush;
28.         for(int row = 0; row < this.DataM.Data.GetLength(0); row++)
29.         {
30.                 for(int col = 0; col < this.DataM.Data.GetLength(1); col++)
31.                 {
32.                         Border border = new Border();
33.                         border.Background = new SolidColorBrush(Color.FromArgb((byte)(this.DataM.Data[row, col] * color.A), color.R, color.G, color.B));
34.                         var button = new Button();
35.                         button.Content = this.DataM.Data[row, col].ToString("0.00");
36.                         button.FontSize = 12;
37.                         button.HorizontalContentAlignment= System.Windows.HorizontalAlignment.Center;
38.                         button.VerticalContentAlignment= System.Windows.VerticalAlignment.Center;
39.                         button.Background = Brushes.Transparent;
40.                         button.BorderThickness = new System.Windows.Thickness(0);
41.                         border.Child= button;
42.                         this.matrix.Children.Add(border);
43.                 }
44.         }
45. }

复制代码

注意，在Grid，UniformGrid此类容器中，控件不需要设置宽和高，会自动根据容器大小进行自适应。且不能设置对齐属性，否则控件大小则不会自适应调整大小。
 
示例效果

 
运行VS，实例效果如下所示：

以上就是【基于WPF开发动态可交互混淆矩阵】的全部内容。希望可以一起学习，共同进步。

来源:https://www.cnblogs.com/hsiang/p/18227765
免责声明：由于采集信息均来自互联网，如果侵犯了您的权益，请联系我们【E-Mail:cb@itdo.tech】 我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！