如何在ggplot2的precision-recall散点图中添加F1等值曲线

要添加F1值0.1到0.9的等值曲线，核心是利用F1分数的公式推导生成曲线数据，再用geom_line绘制（geom_curve仅适用于两点间的单条弯曲线段，不适合生成连续等值线）。

步骤1：生成F1等值线数据 #

F1分数计算公式为：
F1 = 2 * (Precision * Recall) / (Precision + Recall)
变形得到Recall关于Precision的表达式：
Recall = (F1 * Precision) / (2*Precision - F1)

基于此生成每个F1值对应的坐标点：

# 生成F1值序列（0.1到0.9，步长0.1）
f1_values <- seq(0.1, 0.9, by = 0.1)

# 生成每个F1对应的precision-recall数据
f1_lines <- lapply(f1_values, function(f1) {
  # 生成precision取值范围，避开分母为0的点（precision = f1/2）
  precision <- seq(0.01, 0.99, length.out = 100)
  recall <- (f1 * precision) / (2 * precision - f1)
  # 过滤超出[0,1]范围的recall值
  recall <- ifelse(recall > 1 | recall < 0, NA, recall)
  data.frame(precision = precision, recall = recall, f1 = factor(f1, levels = f1_values))
}) %>% do.call(rbind, .)

步骤2：修改原绘图代码添加等值线 #

将F1曲线数据加入原ggplot代码，用虚线绘制曲线并添加F1值标注：

library(ggplot2)
library(RColorBrewer)
library(elementalist)
library(dplyr)

scaleFUN <- function(x) ifelse(x!=0, sprintf("%.2f", x), 0) 

ggplot() +
  # 绘制F1等值线（置于底层）
  geom_line(data = f1_lines, aes(x = precision, y = recall, group = f1), 
            color = "gray70", linetype = "dashed", linewidth = 0.5) +
  # 添加F1值标注，取precision=0.9处的位置
  geom_text(data = f1_lines %>% filter(precision == max(precision, na.rm = T)),
            aes(x = precision + 0.02, y = recall, label = paste0("F1=", f1)),
            color = "gray50", size = 3) +
  # 绘制原数据点
  geom_point(data = precision_recall, 
             mapping=aes(x=precision, y=recall, shape=technology, color=approach, size=type), 
             show.legend=T) + 
  theme_bw() + 
  scale_color_manual(values=brewer.pal(12, "Paired")[c(2,4)]) + 
  scale_shape_manual(values=c(16, 18))  + 
  guides(color=guide_legend(ncol=2, keywidth=1, position="inside", order=1, title.position='top', title.hjust=.5),
         shape=guide_legend(ncol=2, keywidth=1, position="inside", order=2, title.position='top', title.hjust=.5),
         size=guide_legend(ncol=2, keywidth=1, position="inside", order=3, title.position='top', title.hjust=.5)) +
  theme(legend.box.background=element_rect_round(color="black", fill="white", linetype="solid", radius=unit(1,"mm")),
        legend.background=element_rect(fill="transparent"), legend.position.inside=c(0.175,0.78), legend.box='vertical',
        aspect.ratio=1, panel.grid=element_blank(), plot.margin=unit(c(.2, .5, .2, .2), "cm"),
        panel.border = element_rect(colour="black", fill=NA, linewidth=1),
        legend.title=element_text(face='italic')) +
  coord_cartesian(xlim=c(0, 1.05), ylim=c(0, 1)) +  # 扩展x轴容纳标注
  scale_x_continuous(labels=scaleFUN) +
  scale_y_continuous(labels=scaleFUN)

关键说明 #

• 优先绘制等值线：确保曲线在数据点下方，不遮挡核心数据
• 过滤无效值：计算Recall时会出现超出[0,1]的情况，用NA过滤避免不合理线段
• 标注位置调整：扩展x轴范围，让F1标注不会超出绘图区域

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Matteo