信号检测论(有无法)

 信号检测论（有无法）

                      梁振宇

                2014级心理学2班   2014704217

摘要  本实验选取了岭南师范学院教科院2014级心理学2 班的一名女生作为被试，运用信号检测论的有无法测量被试在先定概率下的辨别力指数和判断标准的大小，并绘制出ROC曲线，检验信号检测论的先定概率发生变化时，被试的击中率、虚报率、辨别力指数和判断标准是否受其影响。结果发现：（1）当先定概率增加时，辨别力指数变化较大，判断标准变化不大；（2）当先定概率增加时，被试的击中率和虚报率基本稳定。

关键词  信号检测论  有无法  先定概率  判断标准β  辨别力指数d‘  Roc曲线

1、引言

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，1954年，美国心理学家W.P.Tanner和J.A.Swets把它运用于人的知觉过程，使心里物理学方法发展到一个新的阶段，它的出现彻底改变了以往人们对阈限的理解，将客体客观的感受性和主观的动机、反应偏好等加以区分，从而解决了传统心理物理学所无法解决的问题。

信号检测论有两个指标：一是感觉辨别力指标（d‘=Z击中—Z虚报）表示感知能力，又称感觉敏感性；另一个是反应偏向，可用判断标准（β=击中率的纵坐标/虚报率的纵坐标）来表示，它包括利益得失、动机、态度等因素。

信号和噪音是信号检测论的基本概念。信号检测论实验一般是在信号和背景分不清的条件下进行，对信号检测起干扰作用的背景称为“噪音”。主试呈现的刺激，有时只呈现“噪音”刺激（以N表示）；有时在信号刺激呈现的同时呈现噪音刺激（以SN表示），让被试对信号刺激做出反应。在呈现刺激之前，主试告诉 被试刺激N和SN各自出现的概率，这个概率称为先定概率，同时对被试说明判定结果的奖惩办法。每次实验呈现的无论是N还是SN，都是随机安排的。主试在呈现刺激之前要给被是一个预备信号。在信号检测论的实验中，被试对有无信号出现的判定有四种结果：击中、虚报、漏报和正确否定。

击中，是当信号出现时（SN），被告报告为“有”，这称为击中，以Y/SN表示。这个判定的概率被称为击中的条件概率，以P（Y/SN）表示。虚报，是当只有噪音出现时（N），被试报告“有”，这称为虚报。这个判定的概率被称为虚报条件概率，以P（Y/N)表示。漏报，是当信号出现时（N），被试报告“无”，这称为漏报，以n/SN表示。这种判定的概率被称为漏报条件概率，以P（n/SN）表示。正确否定，是当噪音出现时（SN），被试报告“无”。这个判定的概率被称为正确否定概率。用三线表表示如下：

反应           Y             n

刺激

信号SN        f1             f2 噪音 N         f3            f4

三线表中： f 1为击中次数，f 2 为漏报次数，f 3为虚报次数，f 4为正确否定次数，击中概率P（Y/SN）= f 1/（f 1+f 2 ），虚报概率P（Y/N)=f 3/（f 3+ f 4）。主试通过改变先定概率P（SN）和P（N），改变判定结果的奖惩方法以及改变指导语等来改变被试采用的判断标准β=击中率的纵坐标/虚报率的纵坐标，而辨别力指数d‘=Z击中—Z虚报，则不受情绪、动机等影响。显然被试会由于主试改变先定概率等因素，而采取不同态度，即判断标准，进而影响到实验结果（β>1被试掌握的标准较严，β=1说明被试掌握的标准不严不松，β<1说明被试掌握的标准较松），d‘越大表示敏感性越高，d‘越小，表示敏感性越低。

信号检测论有三种方法：有无法、评价法和迫选法。有无法的基本程序是当主试呈现刺激后，让被试判定所呈现的刺激中有无信号，并给予口头报告，被试的反应很简单。被试对有无信号出现的判断的四种结果：击中、虚报、漏报和正确否定，但判断的条件概率一般只用击中的条件概率和虚报的条件概率，因为其他的两个是这两个条件概率的互补。

ROC曲线——操作者特征曲线，又叫做等感受性曲线，以虚报率为横坐标，击中率为纵坐标绘出。ROC曲线的曲率代表着被试对信号的感受性以及他（她）的反应指标。当信号本身的强度很大时，ROC曲线向左边弯得更高；当信号变弱，ROC曲线就向45度对角线靠拢。换句话说，即ROC曲线的曲率是由信号强度来决定的，与被试的判断标准无关，它是由被试的感受性和信号强度共同决定的。

前人对应用信号检测论的研究有很多，但我们现在的目的是通过重量鉴别，学习信号检测论实验的有无法。

 

 2、实验方法

  2.1 被试

    被试是岭南师范学院教育科学学院2014级心理学（师范）2班一名女生，年龄19，智力正常，身体健康。 

  2.2 实验仪器和材料

EPT512ZH重量鉴别器中的100克，104克，108克，112克各一个，显示屏挡板一个

  2.3 实验方法

主试把104克，108克和112克分别让被试和100克比较10次，总共30次，选出一个在10次比较中7次或8次觉得比100克重的作为信号刺激，最后选定了108克。100克作为噪音。主试按以下三种不同的SN和N出现的先定概率安排实验顺序如下：    

 顺序      （1）     （2）      （3）

先定概率

P(SN)    20        50         80 P(N)     80        50         20

每种先定概率做100次（分两轮，每轮50次），主试做好实验记录。

每50次实验开始之前，主试先让被试熟悉以下信号刺激（SN)和噪音刺激(N)的区别，同时告诉被试这50次中信号出现的概率和噪音出现的概率。接着开始实验，主试给被试冲量刺激。举例：记录表中第一大列0.50概率。第一次主试呈现刺激，被试回答“信号”，则主试记录“+”，第二次呈现信号，被试回答“噪音”，则主试记录“—”，第三次呈现噪音，被试回答“噪音”。则记录“—”，第四次呈现噪音，被试回答“信号”，则记录“+”。第五次呈现信号，回答“噪音”则记录“—”。总之，主试按随机原则呈现信号和噪音，只要信号呈现满足先定概率即刻。每做完50次，休息3分钟，然后告诉被试下面要做实验的先定概率及让其熟悉信号和噪音。再按上述方法测试，直到做完300次为止。两次呈现刺激时间间隔应大于3秒。

被试用优势手绕过迷宫的挡板接受刺激，被试提举重量时，提的高低，快慢 要前后一致，并根据自己的判断啊办稿“信号”和“噪音”。

 2.4 数据处理

   采用Excel数据分析软件对收集的数据进行分析计算，通过查P-Z-O转换表找出相应的数值计算出判断标准β和辨别力指数d’

   3、结果分析

  3.1三种先定概率的实验结     

先定概率（0.2）    报告（Y）      报告（n）

SN            17            3      N            28            52

 表1先定概率P（SN)为0.2的实验结果

                         

先定概率（0.5）    报告（Y）      报告（n）

SN             40           10      N             18           32

 表2先定概率P（SN)为0.5的实验结果

   

先定概率（0.8）    报告（Y）      报告（n）

SN             69           11      N              8            12

                    表3先定概率P（SN)为0.8的实验结果

                          

先定概率             P（Y/SN）            P（Y/N）

0.20                0.85                 0.35 0.50                0.80                 0.36 0.80                0.86                 0.40

                    表4 不同先定概率P（SN)下的击中率和虚报率

3.2不同先定概率下的辨别力指数d‘ 和判断标准β

根据不同先定概率下的击中率和虚报率，查找P-Z-O转换表，计算出辨别力指数d’和判断标准如下表

               

  

                           先定概率

P(SN)       0.20               0.50                 0.80

P     Z    O       P    Z    O        P     Z    O

Y/SN    0.85  1.036  0.233    0.80  0.841  0.280      0.86    1.08   0.223 Y/N     0.35  -0.385  0.371    0.36  -0.358  0.374      0.40   -0.253  0.386 ｄˊ        0.651             0.483                  0.827 β            0.628             0.749                  0.578

               表5 不同先定概率下的辨别力指数d‘ 和判断标准β

 

 3.3 根据不同先定概率下的击中率和虚报率绘制ROC曲线

        

 

  4、讨论

   当信号本身的强度很大时，它容易被觉察，因此ROC曲线向左弯得更高；当信号变弱时，ROC曲线就向45度对角线靠拢。换句话说，即ROC曲线的曲率是有信号强度决定的，与被试的判断标准无关。当然，信号增强也保证了信号能更多地被觉察，因此，ROC曲线的曲率是有由被试的感受性和信号强度所共同决定的。根据数据得到的ROC曲线离对角线（辨别力指数d’=0）较近，说明被试的感受性较低。每一个人的感受性是不同的，不会影响判断标准。

   我们知道影响被试判断标准的因素主要有信号出现的概率P（SN)（先定概率）和对被试的奖惩方法，在这里，我们主要讨论SN的先定概率。当先定概率低时，被试不轻易回答有信号，表明被试的判断标准高。当先定概率高时，被试倾向于回多说信号，表明被试的判断标准低。换句话说，即当信号不经常出现时，被试获得很强的感觉才说有信号；而当信号频频发生时，被试获得轻微的感觉就说有信号了。但是当几轮实验中，从表2中可以看出，当先定概率不同时，被试的辨别力指数ｄˊ并不稳定，发生较大的变化，说明结果并不符合理论上应为随着先定概率增大，判断标准减小。说明本组实验不够严谨，实验过程误差控制没做好，没有有效验正经典实验。被试的客观感受性较大，被试的判断标准严松不一判断标准的变化是由于被试的不同预期产生的，与信号无光。

   5、结论

  （1）当先定概率增加时，辨别力指数变化较大，判断标准变化不大。

   （2）当先定概率增加时，被试的击中率和虚报率基本稳定。

   6、参考文献

朱滢（2014）.《实验心理学》.北京：北京大学出版社

金圣才（2007）.《实验心理学》笔记和习题讲解.北京：中国石化出版社