Um limiar, quatro caixas

Um modelo estima, para cada um de 1.000 pacientes, a probabilidade de ter uma doença. Para agir, escolhemos um limiar: quem fica acima é sinalizado. Essa escolha distribui os pacientes em quatro caixas, e todas as medidas de desempenho saem delas. Comece definindo o cenário.

Prevalência da doença
Capacidade de separar os grupos (AUC)

0,5 é um sorteio; 1 separa perfeitamente quem tem de quem não tem a doença.

Limiar

Probabilidade a partir da qual o paciente é sinalizado. Também dá para arrastar no gráfico abaixo.

1O limiar separa os pacientes

Cada curva mostra como as probabilidades previstas se distribuem em um grupo real. Tudo o que fica à direita do limiar é sinalizado. Como os dois grupos se sobrepõem, nenhum limiar acerta todos: movê-lo troca um tipo de erro pelo outro.

Probabilidades previstas, por grupo real

Com a doençaSem a doençaLimiar (arraste)

Os 1.000 pacientes

Verdadeiro positivoFalso negativo Falso positivoVerdadeiro negativo

A cor diz o grupo real; o círculo cheio, que o paciente foi sinalizado.

Matriz de confusão

Medidas de desempenho

Clique numa medida para ver, na matriz, de onde vêm o numerador (contorno) e o denominador (halo). Elas estão agrupadas pelo denominador: é ele que diz sobre quem a medida fala.

2A prevalência muda o valor dos números

Sensibilidade e especificidade olham para dentro de cada grupo real, por isso não dependem de quantos doentes há. Precisão (VPP) e VPN olham para os sinalizados e os não sinalizados, que misturam os dois grupos. O gráfico mantém o mesmo teste e o mesmo ponto de corte, e varia só a prevalência. (No controle do topo é diferente: um modelo calibrado ajusta suas probabilidades à prevalência, então o mesmo limiar em probabilidade passa a cortar em outro lugar.)

Com a prevalência atual

3A curva ROC reúne todos os limiares

Cada limiar gera um par (1 − especificidade, sensibilidade). Ligando os pares de todos os limiares, obtemos a curva ROC. O canto superior esquerdo é o modelo perfeito; a diagonal, um sorteio. Clique ou arraste sobre a curva para escolher o limiar por ela.

O que a AUC mede

A AUC é a chance de que, sorteando um paciente com a doença e um sem, o modelo dê probabilidade maior ao que tem a doença. Sorteie pares e compare com a AUC.

–pares em que o doente teve a maior probabilidade
–AUC destes 1.000 pacientes
Nenhum par sorteado ainda.último par

Escolher o limiar pelo custo dos erros

Peso de um falso negativo, em falsos positivos

4Calibração: a probabilidade vale o que diz?

A ROC só usa a ordem dos pacientes. A calibração pergunta se os números estão certos: entre quem recebe 30%, cerca de 30% têm a doença? Distorça as probabilidades. A ordem não muda, a AUC não muda, mas o mesmo limiar passa a sinalizar outras pessoas, e a regra de decisão pelo custo deixa de funcionar.

Curva de calibração

Pontos: dez grupos de risco, da menor para a maior probabilidade prevista. Linha: relação exata entre previsto e real. Acima da diagonal, o modelo subestima; abaixo, superestima.

Probabilidades do modelo

Para experimentar em aula

  1. Com prevalência de 15%, leve o limiar até 0,5 e depois até 0,1. Veja quais caixas crescem e quais encolhem nos 1.000 pacientes.
  2. Clique em acurácia com a prevalência em 2%. Um modelo que não sinaliza ninguém já acertaria 98%. Compare com a acurácia balanceada.
  3. No gráfico da seção 2, siga as curvas da triagem (2%) até a emergência (40%). Sensibilidade e especificidade ficam retas; a precisão sobe de forma dramática.
  4. Sorteie 100 pares algumas vezes. A porcentagem de acertos se aproxima da AUC.
  5. Na ROC, troque para precisão × recall com prevalência de 2%. A ROC parece boa; a curva de precisão mostra quantos falsos alarmes há por caso encontrado.
  6. Aumente o peso do falso negativo de 1 para 20. O limiar de menor custo desce e o ponto desliza para cima na ROC, ao longo da tangente.
  7. Na seção 4, escolha "Superestima". A AUC fica igual, mas o limiar dado pela regra 1 / (1 + peso) passa a custar mais do que o mínimo possível.