R语言绘制ROC曲线02-plotROC

作者:白介素2
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介绍其它用于ROC绘制的R包

library(tidyverse)  # for data manipulation
library(pkgsearch)  # for searching packages
  • 找与ROC相关的包

该包会提供一系列关于感兴趣主题的R包,包括他们的评分,作者,连接等等
ps函数等价于pkg_search
size:定义返回结果数量
format="short"返回格式

Sys.setlocale('LC_ALL','C')
rocPkg <-  pkg_search(query="ROC",size=200)
head(rocPkg)
class(rocPkg)
[1] "C"
- "ROC" ------------------------------------- 74 packages in 0.01 seconds - 
  #     package     version 
 1  100 pROC        1.15.0  
 2   44 caTools     1.17.1.2
 3   18 survivalROC 1.0.3   
 4   18 PRROC       1.3.1   
 5   15 plotROC     2.2.1   
 6   14 precrec     0.10.1  
 by                                                                       @
 Xavier Robin                                                            2M
 ORPHANED                                                                4M
 Paramita Saha-Chaudhuri<U+000a><paramita.sahachaudhuri.work@gmail.com>  7y
 Jan Grau                                                                1y
 Michael C. Sachs                                                        1y
 Takaya Saito                                                            3M
[1] "pkg_search_result" "tbl_df"            "tbl"              
[4] "data.frame"       
  • ROCR包
    • performance函数计算tpr,fpr
library(ROCR)
data(ROCR.simple)
df <- data.frame(ROCR.simple)
head(df)
##   predictions labels
## 1   0.6125478      1
## 2   0.3642710      1
## 3   0.4321361      0
## 4   0.1402911      0
## 5   0.3848959      0
## 6   0.2444155      1
pred <- prediction(df$predictions, df$labels)
perf <- performance(pred,"tpr","fpr")
perf
plot(perf,colorize=TRUE)  
image.png

plotROC包-ggplot绘制ROC曲线

ROC曲线用于评估连续测量的精度,以预测二进制结果。在医学上,ROC曲线用于评价放射学和一般诊断的诊断试验有着悠久的历史。ROC曲线在信号检测理论中也有很长的应用历史。

require(plotROC)
  • 提供网页版操作,为了代码的连贯性,这里不介绍网页版
  • 不可能我们分析到一般导出数据,拿到网页版去操作

  • 基本用法
set.seed(2529)
D.ex <- rbinom(200, size = 1, prob = .5)
M1 <- rnorm(200, mean = D.ex, sd = .65)
M2 <- rnorm(200, mean = D.ex, sd = 1.5)
test <- data.frame(D = D.ex, D.str = c("Healthy", "Ill")[D.ex + 1], 
                   M1 = M1, M2 = M2, stringsAsFactors = FALSE)
head(test)
##   D   D.str         M1          M2
## 1 1     Ill 1.48117155 -2.50636605
## 2 1     Ill 0.61994478  1.46861033
## 3 0 Healthy 0.57613345  0.07532573
## 4 1     Ill 0.85433197  2.41997703
## 5 0 Healthy 0.05258342  0.01863718
## 6 1     Ill 0.66703989  0.24732453
  • geom_roc绘图
    • d为编码1/0, m为用于预测的值marker
    • 注意需要一个disease code,不一定是1/0,但最后选择编码为1/0
    • 如不1/0,则stat_roc默认按顺序最低值为无病状态
basicplot <- ggplot(test, aes(d = D, m = M1)) + geom_roc()
basicplot

image.png
  • 如果diseaase编码非1/0
    • 提示warning:但仍能继续
ggplot(test, aes(d = D.str, m = M1)) + geom_roc()
image.png
  • n.cuts参数:展示几个截断点
  • labelsize: 展示标签的大小
  • labelround: label值保留几位小数
ggplot(test, aes(d = D, m = M1)) + geom_roc(n.cuts = 5, labelsize = 5,  labelround = 2)
  • 修改style-style_roc函数
styledplot <- basicplot + style_roc()
styledplot

image.png
  • 修改xlab, 主题
basicplot + style_roc(theme = theme_grey, xlab = "1 - Specificity")

image.png

multiROC-多因素诊断

  • meltroc转换数据为长数据,原数据为两列marker
  • meltroc类似于dplyr中的gather
head(test)
##     D          M name
## M11 1 1.48117155   M1
## M12 1 0.61994478   M1
## M13 0 0.57613345   M1
## M14 1 0.85433197   M1
## M15 0 0.05258342   M1
## M16 1 0.66703989   M1
longtest <- melt_roc(test, "D", c("M1", "M2"))
head(longtest)
table(longtest$name)

## ROC曲线比较
ggplot(longtest, aes(d = D, m = M, color = name)) + 
  geom_roc() + 
  style_roc()+
  ggsci::scale_color_lancet()

image.png
  • ggplot2分面
ggplot(longtest, aes(d = D, m = M, color = name)) + 
  geom_roc() + 
  style_roc()+
  facet_wrap(~name)+
  ggsci::scale_color_lancet()
image.png
  • 主题与注释
    • AUC计算并绘制在图中-calc_auc函数
    • calc_auc(basicplot)$AUC提取
basicplot + 
  style_roc(theme = theme_grey) + ##主题修改
  theme(axis.text = element_text(colour = "blue")) +
  ggtitle("Themes and annotations") + ## 标题
  annotate("text", x = .75, y = .25, ## 注释text的位置
           label = paste("AUC =", round(calc_auc(basicplot)$AUC, 2))) +
  scale_x_continuous("1 - Specificity", breaks = seq(0, 1, by = .1)) ## x刻度
## Scale for 'x' is already present. Adding another scale for 'x', whi
image.png
  • 对multi_ROC注释
  • 实现多个AUC值的呈现
  • 实际上仍然是ggplot2语法中的annotate注释
p<-ggplot(longtest, aes(d = D, m = M, color = name)) + 
  geom_roc(n.cuts = 0) + 
  style_roc()+
  ggsci::scale_color_lancet()
auc<-calc_auc(p)
head(auc)
##   PANEL group      AUC
## 1     1     1 0.833985
## 2     1     2 0.679599
p+annotate("text",x = .75, y = .25, ## 注释text的位置
           label = paste("AUC of M1 =", round(calc_auc(p)$AUC[1], 2))) +
  annotate("text",x = .75, y = .15, ## 注释text的位置)
            label=paste("AUC of M2 =", round(calc_auc(p)$AUC[2], 2)))

其它计算ROC曲线的算法融入

  • 默认的calculate_roc 计算的是 empirical ROC曲线
  • 只要有cutoff, TPF,FPF即可计算,将这些结果以数据框的形式传入到 ggroc 函数
  • 代替默认的统计方法为identity
require(plotROC)
require(ggplot2)
set.seed(2529)
D.ex <- rbinom(200, size = 1, prob = .5)
M1 <- rnorm(200, mean = D.ex, sd = .65)
M2 <- rnorm(200, mean = D.ex, sd = 1.5)
test <- data.frame(D = D.ex, D.str = c("Healthy", "Ill")[D.ex + 1], 
                   M1 = M1, M2 = M2, stringsAsFactors = FALSE)
head(test)
##   D   D.str         M1          M2
## 1 1     Ill 1.48117155 -2.50636605
## 2 1     Ill 0.61994478  1.46861033
## 3 0 Healthy 0.57613345  0.07532573
## 4 1     Ill 0.85433197  2.41997703
## 5 0 Healthy 0.05258342  0.01863718
## 6 1     Ill 0.66703989  0.24732453
D.ex <- test$D
M.ex <- test$M1
mu1 <- mean(M.ex[D.ex == 1])
mu0 <- mean(M.ex[D.ex == 0])
s1 <- sd(M.ex[D.ex == 1])
s0 <- sd(M.ex[D.ex == 0])
c.ex <- seq(min(M.ex), max(M.ex), length.out = 300)
## 构造数据框传入数据
binorm.roc <- data.frame(c = c.ex, 
                             FPF = pnorm((mu0 - c.ex)/s0), 
                             TPF = pnorm((mu1 - c.ex)/s1)
                             )
head(binorm.roc)
binorm.plot <- ggplot(binorm.roc, aes(x = FPF, y = TPF, label = c)) + 
  geom_roc(stat = "identity") + style_roc(theme = theme_grey)
binorm.plot

image.png

时间依赖的ROC曲线

  • 配合survival ROC包
  • 配合lapply函数实现批量绘图
  • lappy的结果返回为list,刚好输入do.call
require(ggplot2)
require(plotROC)
library(survivalROC)
survT <- rexp(350, 1/5)
cens <- rbinom(350, 1, .1)
M <- -8 * sqrt(survT) + rnorm(350, sd = survT)

### 时间2,5,10
sroc <- lapply(c(2, 5, 10), function(t){
  stroc <- survivalROC(Stime = survT, status = cens, marker = M, 
                       predict.time = t, method = "NNE", ## KM法或NNE法
                       span = .25 * 350^(-.2))
  data.frame(TPF = stroc[["TP"]], FPF = stroc[["FP"]], 
             c = stroc[["cut.values"]], 
             time = rep(stroc[["predict.time"]], length(stroc[["FP"]])))
})

## 整合到数据框中
sroclong <- do.call(rbind, sroc)
class(sroclong)
## [1] "data.frame"
head(sroclong)
##   TPF       FPF         c time
## 1   1 1.0000000      -Inf    2
## 2   1 0.9970286 -96.21091    2
## 3   1 0.9940573 -89.13315    2
## 4   1 0.9910859 -80.53402    2
## 5   1 0.9881145 -70.53104    2
## 6   1 0.9851431 -67.81392    2
sroclong$time<-factor(sroclong$time)

## 绘制ROC
pROC<-ggplot(sroclong, aes(x = FPF, y = TPF, label = c, color = time)) + 
  geom_roc(labels = FALSE, stat = "identity") + 
  style_roc()+
  ggsci::scale_color_jco()
pROC
image.png

*添加注释

pROC+annotate("text",x = .75, y = .25, ## 注释text的位置
           label = paste("AUC of 1 years =", round(calc_auc(pROC)$AUC[1], 2))) +
     annotate("text",x = .75, y = .15, ## 注释text的位置)
            label=paste("AUC of 3 years =", round(calc_auc(pROC)$AUC[2], 2)))+
     annotate("text",x = .75, y = .05, ## 注释text的位置)
            label=paste("AUC of 5 years =", round(calc_auc(pROC)$AUC[3], 2)))
image.png
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