使用R繪製ROC curve－晨晰統計部落格新站（統計、SPSS、BIG DATA討論園地）

在醫學統計中，ROC分析經常用於(1)比較預測模型的好壞(比較AUC(Area under the Curve of ROC)的面積大小)、(2)找單一模型的最佳切點，可用於臨床上的使用(例如：找到Biomarker的切點，用於診斷疾病)。

AUC的特性:

1.AUC的範圍必在0~1之間

2.假設閾值(切點)以上是陽性(有病)，以下是陰性(沒病)

3.若隨機抽取一個陽性(有病)樣本和一個陰性(沒病)樣本，分類器正確判斷陽性(有病)樣本的值高於陰性(沒病)樣本之機率=AUC

4.AUC值越大的分類器，正確率越高

AUC判斷分類器（預測模型）好壞的標準：

• AUC=1，是完美分類器，代表隨機抽取樣本，100%都是陽性的樣本

• 0.5<AUC<1，優於隨機猜測(0.5)。這個分類器（模型）設定好的閾值後，能有預測價值。

• AUC=0.5，跟隨機猜測一樣（例如：丟一枚銅板），模型沒有任何預測價值。

• AUC<0.5，比隨機猜測還差；但只要是用於反預測(用來預測陰性或沒病)，就優於隨機猜測

壹、資料說明

貳、會用到的package:

• haven:用於讀入資料

• pROC:用於畫ROC curve

參、讀入數據:

透過R studio已內建的”haven” package匯入資料，”haven”可用於匯入SPSS、Stata、SAS檔案。

肆、產生ROC物件:

透過pROC內建的roc函數可以去得到Auc的面積、每一個切點、不同切點下的敏感度(sensitivity)、不同切點下的特異度(specificity)等等，筆者針對資料當中的四個連續變項(HOMA_ln、BMI、WC、HDL)，以代謝症候群為outcome，去做ROC的分析。指令說明:roc(outcome:二元變項,自變項:連續變項)

伍、ROC結果呈現:

以HOMA_ln為例，AUC的面積為0.8471，在實務上，AUC超過0.7以上的結果算是相當的不錯，可以很好的用於臨床的診斷。

此外，筆者也透過R的summary()，可以去看ROC的物件中有哪一些內容，如下圖所示。

陸、繪製基本的ROC curve

筆者直接使用plot函數去繪製沒有任何加工的ROC curve，如下圖所示，雖然看的出來是一張ROC curve，但還是有一些問題存在，首先，X軸的標題是特異度，但一般常見的ROC curve X軸通常是1-特異度，此外圖形的字體大小、線條粗細等可以再做一些調整，以符合投稿的需求。

柒、美化ROC curve:

根據上述語法執行後，美化後的圖形如下，比起一開始較為陽春的圖形，修正後的圖形變得相當正式，雖然還是有一些調整的空間以符合使用者的需求，有興趣的讀者可以去(https://www.rdocumentation.org/packages/pROC/versions/1.17.0.1/topics/plot.roc)上面了解詳細語法的使用。

捌、多組ROC curve比較:

在繪製了一張ROC curve後，筆者想把多條ROC curve畫在一起，以比較不同預測模型的區辨能力，首先，因為原本的ROC曲線繪圖範圍是長方形，因此圖形輸出後，會留下許多不必要的空白，因此可以在繪圖的一開始，先限制繪圖的範圍，這邊會用到par(pty=”s”)，這邊的”s”指的是square(正方形)，下了這個指令後，之後的圖形才會跟上面示範的一樣，不會有不必要的空白。