实验心理学 7. 心理物理学续——信号检测论 图文
第五章 现代心理物理学
A、所测定阈限包含内容：一是对刺激的感受性或者叫做辨别刺激的能力， 一是被试判定刺激是否出现的标准。
B、测定时采取措施控制被试态度、动机、倾向和标准的影响：只能是使影 响阈限的估计因素保持恒定，并不能测出被试的反应标准，也不能把反应标 准和辨别力分开。
第二节 信号检测论的统计学原理
1、信号检测在电子通讯领域的应用（以雷达系统为例）
A、基本概念 信号--在亮度均匀的背景上出现的一个短暂的闪光(S)，是侦察对象 噪音--对信号侦察起干扰作用的背景(N) 信号加噪音—因信号是在均匀亮度的背景上出现的，所以又称信号加 噪音，一般常写作SN。信号和噪音都是随机出现的。
B、电子侦察系统组成 一个光电传感器--接收信号 一个侦察反应器--对信号作出反应
漏报 当有信号出现时，被试报告为“无”，这称为漏报（或失察）（miss）， 以n/SN表示。把这种判定概率称为漏报条件概率，以P（M）或P（n/SN） 表示。
正确拒绝 当无信号而只有噪音出现时，被试报告为“无”，这称为正确拒绝 （correct rejection），以n/N表示。我们把这个判定的条件概率称为正确拒 绝的条件概率，以P（CR）或P（n/N）来表示。
discriminability）指标（d’）
表示感知能力，又称为感觉敏感性（sensitivi-ty）
A、定义
或然比β
指信号加噪音引起的特定感觉的条件概率与噪音引起的条 件概率的比值
数学定义为给定Xc水平上信号分布的纵轴与噪音分布的纵轴 之比，即：
O（SN） ——— O（N）
式中“O”代表纵轴
B、 β值和判断标准关系
P（hit）=0.28 P（fa）=0.06，通过查PZO转换表，求得 O击中的纵轴值为0.3368，O虚报的纵轴值为0.1192，则
信号检测论
信号检测论（Signal Detection Theory，简称SDT），是一种心理物理法，是关于人们在不确定的情况下如何作出决定的理论。
它是信息论的一个重要分支。
在SDT实验中通常把刺激变量看作是信号，把刺激中的随机物理变化或感知处理信息中的随机变化看作是噪音。
常以SN（信号加噪音）表示信号，以N表示噪音。
信号检测了最初是信息论在通讯工程中的应用成果，专门处理噪音背景下对信号进行有效分离的问题，其过程本质上是一种统计决策程序。
在信号检测论引入心理学研究领域后，一些原先的基本概念、思想和假设被移植到心理物理学情境中来。
信号和噪音是信号检测论中最基本的两个概念。
在心理学中，信号可以理解为刺激，噪音就是信号所伴随的背景。
编辑本段信号检测论是一种把通讯系统中雷达探测信号的原理用于人的感知觉研究的理论。
它是特纳和斯威茨在1954年引入心理学的。
信号检测论的提出改变了传统上人们对感觉阈限的理解。
20世纪50年代，实验心理学受行为主义思想的支配，以刺激一反应（S—R）为核心，认为所有的行为都是机体对刺激的反应，心理学只能研究那些能够直接观察和记录的外显反应，心理科学的任务就是把刺激与特定刺激有关的行为鉴别出来，发现对S—R联结可能有影响的各种因素。
起先，行为主义原则似乎很管用，在感觉阈限、语词学习、比较心理等研究领域取得了一系列重要成果。
可是，心理学家们渐渐意识到，人类行为是一系列复杂事件的最终表现，远不是用简单的S—R就能说清楚的。
这一改变很大程度上要归因于信号检测论的发展。
信号检测论把外部世界的刺激能量作为主体探测的对象，把人的内部表征看作是外部刺激与以前经验共同作用的结果。
它的引入为假设刺激能量与内部表征间的关系提供了必要的联系环节。
编辑本段信号检测论发展起来是从电子工程学和统计决策论中发展起来的。
第二次世界大战期间，工程师们创立了一种用来说明雷达设备搜寻探测飞行物过程的信号检测理论。
特纳和斯威茨认为，雷达系统搜索目标的过程和人类寻找信号进行反应的过程是类似的。
信号检测论 (2)
信号检测论的两种独立指标如上所述，信号检测论分离了两种指标：（1）辨别力指标d′，是观察者对刺激的感受性的度量；（2）判断标准，是观察者反应偏向的度量，常用似然比标准β或报告标准C来进行衡量。
（一）反应偏向反应偏向可用两种方法计算：一种是似然比值，另一种是报告标准。
1．似然比β似然比β的数学定义为：区分信号与噪音反应的心理感受水平Xc所对应的信号分布纵轴与噪音分布纵轴之比。
但是在信号检测论实验中，没有办法直接掌握心理感受水平Xc，因此β是通过间接方法计算得出的。
将被试在实验中的反应划分为四种：击中、虚报、漏报和正确拒斥。
表513对这四种反应的区分作了具体说明。
表5－13信号检测论实验中观察者的四种反应如图5－30所示：随着观察者掌握的判别标准Xc的变化，不但β值发生改变，与此同时改变的还有上述四种反应的概率。
当Xc右移，检测者的反应标准变得严格，于是击中率和虚报率均下降，而漏报率和正确拒斥率均上升，β值上升；当Xc左移，β值变低时，击中率和虚报率都会上升，而漏报率和正确拒斥率下降。
在图中还可以看到，四种反应概率之间存在如下关系：P(hit)+P(miss)=1P(fa)+P(cr)=1那么，可以通过四种反应概率的PZO转换得到Xc分别对应于信号分布和噪音分布上的纵轴长度O(SN)和O(N)。
而以上两者的比值就是β值了。
图5－30判断标准的变化（采自Gescheide，1997）举图5－31上A、B、C三种情况为例，说明β的具体计算方法。
图531A，击中概率为0．28，虚惊概率则是0．06，通过查PZO转换表，求得O击中的纵轴值为0．336 8，O虚惊的纵轴值为0．119 2。
则一般认为，β＞1说明被试掌握的标准较严。
图531B，击中概率为0．70，虚惊概率为0．30，查表得O击中的纵轴值为0．347 8，O虚惊的纵轴值为0．347 8，β值为β值接近或等于1，说明被试掌握的标准不严也不松。
图5－31C，击中概率为0．94，虚惊率为0．72，通过查表，求得O击中的纵轴值为0．119 2，O虚惊的纵轴值为0．336 8。
信号检测论
信号检测论摘要 本实验运用信号检测论检测被试的判断标准并通过ROC 曲线测出被试对信号和噪音的感受性水平。
关键词：信号检测论，感受性水平，判断标准，ROC 曲线 前言信号检测论(简称SDT)，是一种心理物理法，是关于人们在不确定的情况下如何作出决定的理论。
它是信息论的一个重要分支。
在SDT 实验中通常把刺激变量看作是信号，把刺激中的随机物理变化或感知处理信息中的随机变化看作是噪音。
常以SN(信号加噪音)表示信号，以N 表示噪音。
这个理论是1954年由坦纳与斯维茨引进到心理学实验当中的，在对感受性的测量上获得了成功。
至今已形成了一些基本方法，如有无法、评价法及迫选法等等。
它不仅在感受性的测量上，而且在记忆等研究中也起到了作用。
信号检测论（SDT ）用于实验时，把正确的反应分为“击中”、“正确否定”，把错误反应分为“漏报”、”虚报“。
对击中率P （y/SN ）、虚报率P （y/N ）的计算公式如下：反 应Y N刺SN激NP(y/SN) = f1/(f1+f2) P(y/N) = f3/(f3+f4)击中率和漏报率之间是有固定关系的。
我们可以通过已知的数据去推测判断标准。
在信号检测论中，判断标准β是由下面的公式来计算的：[ β = 击中率的纵坐标/虚报率的纵坐标 ]信号检测论中感受性的高低是如何表示的呢？由于信号检测论实验不仅测被试对信号刺激的反应，而且也测被试对噪音刺激的反应。
如果被试的感受性高即分辨能力强，实验结果会得到两个相距较远的正态曲线。
如果被试的感受性低，实验就会得到两个相距较近的正态曲线。
因此，我们可以用两个正态曲线的距离即两个正态分配的平均数之间的距离来作为感受性的指标。
为了便于在不同条件下进行比较，这个距离是以标准差为单位来表示的，长称d ’。
公式如下[ d ’ = Z N － Z SN ] 当判断标准发生变化时，击中率和虚报率都相应的发生变化，但分辨能力d ’保持不变，操作者特征曲线（ROC 曲线）又叫等感受性曲线。
心理学实验报告之信号检测论(用于再认实验)
心理学实验报告实验组次执笔者时间成绩
分析与讨论
接受者操作特征曲线〔ROC曲线〕，又称等感受性曲线〔本实验由于精度误差不能完全做到理想上的等感受性〕，即在以虚报率为横轴、击中率为纵轴所组成的坐标图中，由被试在特定刺激条件下〔如不同的先定概率〕由于采用不同的判断标准得出的不同结果画出的曲线。
本实验中即采用不同的先定概率作为不同的刺激条件，从图中可看出：〔1〕随着先定概率的增加，被试〔同一人〕的判断标准ββ值很大〕，这与理论不完全相符，这可能是由于实验的随机误差和实验所使用材料的限制；〔2〕曲线倾斜度和位置大体符合理论预期，说明被试参与性及其自身练习、疲劳等干扰因子控制较好，但并未以大致P=0.5的感受性曲线为距离随机斜线最远的重心形成对称分布，这同样可能是本实验使用材料上的随机误差所致；〔3〕本实验中的区分力指数d’并不完全恒定，而是随着先定概率的增加，被试的区分力指数呈微减趋势，除去随机误差的影响，这可能是因为为随着先定概率的增加，被试的记忆任务越来越重因而影响了其判断力〔疲劳、压力等〕，但作为实验条件下的曲线分布其大致符合了等感受性曲线的分。
心理学实验报告之信号检测论(用于再认实验)
心理学实验报告之信号检测论) 用于再认实验(
心理学实验报告
实验组次执笔者时间成绩
2
3
4
5
6
7
8
曲线1.分析本实验所得的ROC曲ROC接受者操作特征曲线（分，又称等感受性曲线（本实验由线）析于精度误差不能完全做到理想上的与，即在以虚报率为横轴、等感受性）讨由击中率为纵轴所组成的坐标图中，论（如不同的先被试在特定刺激条件下由于采用不同的
判断标准得定概率）本实验中出的不同结果画出的曲线。
即采用不同的先定概率作为不同的）随着1（刺激条件，从图中可看出：（同一人）的先定概率的增加，被试9
10
11
12
13。
第二节 信号检测论 - 实验教学
评价法信号检测实验实例分析
某企业在业务员考核中，要求其将30件次品与30件合格品区分开
来，并且考核中要求参加者给出每次反应的信心水平。下边是一业
务员完成的情况：
100％肯 定次品
合格品30
25 ％肯定 合格
50 ％肯定 合格
75 ％肯定 合格
100％肯定 合格
1
3
2
7
17
次品30
20
4
3
1
2
请练习：在各种不同判断标准上的击中概率、虚报概率；似然比、辨
率等等。（3）噪音感觉分布与信号感觉分布重叠的越多 ，距离
越小，越难区分；相距越远则越容易辨别，因此可以用两个感觉 强度的正态分布的距离作为辨别力指数。
OK上 ! 班 铁 桌 山 课 物 汽 教学 马 历 政 首 四 哲 黄 深 电 长 淮 大 武 教 杭州 校 宾 商 广 高 车 街道 路 子 林 桌 理 车 史 治 先 川 学 圳 脑 江 河 桥 汉 师 园 馆 场 州 楼 站
3. 信号接收者操作特征曲线
很明显，在信号检测判断中，被试的判断受到多种主客观因 素的影响和制约。主观方面包括检测者的信号分辨能力、态度或 动机、个性特征等等；客观方面包括信号的先定概率、信号的可 分辨性、反应正误所引起的利害关系等等。有人研究得到下列似 然比与其他因素的关系式：
公式显示：先定概率越大，似然比越小；正确否定奖励数和虚报 处罚数越多，似然比越大；击中奖励数越多、漏报处罚数越多， 似然比越小。
请您判断下表中的哪些词是刚才学习过的、哪些是刚才没有学习过的，分别 用Y和N表示。
利用信号检测方法分析信息检测者的判别特征的步骤：
第一步：根据信号检测原始记录求出击中概率和虚报概率；
心理学实验报告之信号检测论(用于再认实验)
心理学实验报告实验组次执笔者时间成绩
分析与讨论1.分析本实验所得的ROC曲线
接受者操作特征曲线（ROC曲线），又称等感受性曲线（本实验由于精度误差不能完全做到理想上的等感受性），即在以虚报率为横轴、击中率为纵轴所组成的坐标图中，由被试在特定刺激条件下（如不同的先定概率）由于采用不同的判断标准得出的不同结果画出的曲线。
本实验中即采用不同的先定概率作为不同的刺激条件，从图中可看出：（1）随着先定概率的增加，被试（同一人）的判断标准β呈现出减小趋势，这与人们的一般决策习惯相一致，但变化幅度严重不均（尤其是先定概率为0.1时β值很大），这与理论不完全相符，这可能是由于实验的随机误差和实验所使用材料的限制；（2）曲线倾斜度和位置大体符合理论预期，说明被试参与性及其自身练习、疲劳等干扰因子控制较好，但并未以大致P=0.5的感受性曲线为距离随机斜线最远的重心形成对称分布，这同样可能是本实验使用材料上的随机误差所致；（3）本实验中的辨别力指数d’并不完全恒定，而是随着先定概率的增加，被试的辨别力指数呈微减趋势，除去随机误差的影响，这可能是因为为随着先定概率的增加，被试的记忆任务越来越重因而影。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
总结
传统心理物理学方法测量阈限时难以排除众多非 感觉因素的影响
所以，辨别力是相对固定的，而反应偏向则会随 条件的改变而改变。
接受者操作特性曲线(ROC曲线)
感受性曲线：曲线上各点反映了相同的感 受性
虚惊概率为横轴，击中概率为纵轴构成的 坐标图，和被试在特定刺激条件下由于采 用不同的判断标准得出的不同结果画出的 曲线。
ROC曲线的绘制
图画页再认实验 ➢ 500页图画，分成5组，每组100张，分别对
心理物理学续——信号检测论
信号检测论
现代心理物理学最重要的内容之一
将个体客观的感受性和主观的动机、反应 偏好等加以区分，改变了人们对阈限的理 解
信号检测论引入的缘由
传统心理物理学家假定，被试的反应不会 受到任何与刺激无关的因素的影响，如被 试的态度、期望等。
被试侦测刺激并报告为“有”的概率P(y) 仅 是物理刺激强度的函数， P(y) =50%所对应 的刺激强度为感觉阈限。
信号伴随噪音，或者单独出现噪音，可以分别在心 理感受量值上形成两个分布：信号加噪音（SN）分 布；噪音（N）分布。
SN分布的均值总是大于N分布的均值。 两个分布呈正态，在中间强度上互相重叠。
噪音分布
信号分布
A0
A1
信号检测论的两种指标
辨别力指标d'：被试对刺激感受性的度量 判断标准：被试反应偏向的度量
P(s)不等于1，每一次试验可能出现也可能不出现 刺激，被试的反应类型有四种：
击 中(hit) 虚 报(false alarm)
P(y)=P(hit)+P(fa)
漏 报(miss) 正确拒绝(correct rejection)
被试反应=客观的感受过程+主观的决策过 程。
传统心理物理法无法把感受性的测量和被 试的动机、态度等主观因素造成的反应分 开。
ROC曲线的属性
➢ （1） β值的变化独立于d’的变化；
➢ （2） ROC曲线的曲率反应敏感性指标d’：对角线 表示P(y/SN)=P(y/N)， d’为0，即完全没有辨别力
认知研究中的应用
再认记忆研究 抑郁症和老年痴呆记忆症状的诊断：前者再认记忆的判断
标准升高；后者辨别能力下降
社会认知研究中的应用（攻击行为的研究） ➢ 刺激：2×2 的情境矩阵（恰当的攻击、不恰当的攻击、
β接近或等于1，被试的 标准不严也不松
β<1，被试的判断标准比 较松
感受性 d' 与判断标准 β
一般来说，人的分辨能力d' （感受性）在 短时间内不会变化，是恒定的
判断标准容易受到影响而改变
信号出现的概率 P(SN) 对被试回答的奖惩办法
决策标准受各种非感觉因素的影响，如信 号出现的先定概率和利益得失的权衡。
信号检测论可以区分被试感受性和反应偏 向。
信号检测论的基本思想
信号和噪音 决策标准
信号和噪音
信号：刺激，如亮光。 噪音：信号所伴随的背景，对信号起干扰
作用的因素，如视觉实验中伴随亮点信号 出现的照度均匀的背景。
呈现刺激时，有时只是呈现噪音（N）；有 时信号和噪音同时呈现（SN），让被试报 告是否出现信号。
当N分布与SN分布均为常态分布时：
决策标准
被试每一次感觉产生一定的感觉量值X X很弱，来自噪音分布；X很强，一定是信号。 问题是X处于信号和噪音分布的重叠区域上：X既
可能是信号，也可能是噪音，如何判断？
信号检测论假设，观察者选择某一个决策标准 （ β ）作为产生“信号”、“噪音”两种反应的 分界点。
事实上，P(y)不仅受刺激强度的影响，也受 各种非感觉因素的影响。刺激出现概率P(s) 就是其中之一。
指尖振动刺激的绝对阈限：P(y)和物理刺激 强度之间的关系受到不同P(s)取值的影响， P(s)=0.7时，阈限为1微米；P(s)=0.3时，阈 限为1.5微米。
传统心理物理学中，P(s)=1，忽略了P(s)不等于1 的情形。
四种反应的利益得失构成“支付矩阵”。
例子1矩阵：
β=
V是正确反应得到的价值，C是错误反应付出的代价
d’的大小反映被试客观的感受性，在实验中，只 要信号刺激的强度不变， d’就不变。
β的大小反映了被试的反应偏向，即判断标准的变 化，如果在实验中改变先定概率的大小或奖惩办 法等条件，那么β就会有相应的改变。
SN分布和N分布间的距离可以作为被试感受 性的衡量指标，称为辨别力指标（d'）。
辨别力指标
被试敏感性指标：内部噪音分布fN(X)与信号加噪音分 布fSN(X)间的分离程度。
辨别力d´， fN(X)与fSN(X)之间的距离作为敏感性的指标
计算公式: 两个分布的均数之差除之N分布的标 准差。
决策标准可以用X在N分布和SN分布上的纵线高度 （O）来衡量。
β =O(SN)/O(N) 击中/虚惊的似然比
第三章
判断标准的计算
第二节
击中率的纵坐标：与击中率相应的Z分数上正态曲线的高度 虚报率的纵坐标：与虚报率相应的Z分数上正态曲线的高度 PZO转换表
β >1，被试的判断标准 比较严
应0.1、0.3、0.5、0.7和0.9的先定概率 ➢ 如先定概率0.1时，当作“信号”的图画10
张，当作“噪音”的图画90张 ➢ 要去被试记住“信号”，之后随机逐张呈
现给被试图画，要求被试判断是“信号” 还是“噪音”。 ➢ 记录击中概率和虚惊概率，计算d’和β
不同先定概率下的d´和β
以虚惊概率为横坐标，击中概率为纵坐标，连接 5点绘成ROC曲线
但人的感觉系统可能存在阈限
阈限理论和信号检测论可以整合： ➢ 感觉系统对刺激的有效分辨从某一强度（阈限）
开始 ➢ 对于阈限以上强度的刺激，感觉报告取决于感觉
强度与某一主观决策标准相比较的结果