信号检测论——有无法

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摘 要：本实验选取了两名上师大心理系本科生，分别为一男一女，用信号检测论的有无法考察了两名被试在不同先定概率下的辨别力和判定标准的大小。实验发现：（1）信号检测论是一种心理学实验常用的有效研究方法；（2）击中率和虚报率会随着先定概率的提高而增加；（3）被试对声音频率的辨别力和判定标准无显著的性别差异。

关键词： 信号检测论；先定概率；辨别力d’；判定标准

1 导 言

信号检测论是现代心理物理学最重要的内容之一，它的出现彻底改变了以往人们对阈限的理解，将个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。

信号和噪音是信号检测论中最基本的两个概念。在心理学领域，信号检测论所指的信号可以理解为刺激。而噪音就是信号所伴随着的背景。信号检测论假定，噪音总是存在于系统之中，无法消除——无论这个系统是一个收音机，还是人的神经系统^[1]。

信号检测论有三个基础的实验程序：有无法、迫选法和评价法。有无法的基本程序是：注释呈现刺激后，让被试判定所呈现的刺激中有无信号，并口头报告。被试对有无信号出现的判断有四种结果：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^[2]。

信号伴随噪音，和单独出现噪音这两种情况下，分别可以在心理感受量值上形成两个分布：信号加噪音分布和噪音分布，前者也常常简称为信号分布。由于信号总是叠加在噪音背景之上，因此总体上信号分别总是比噪音分布的心理感受更强些。信号分布和噪音分部间的距离也可以作为心理物理学实验中对被试感受性的衡量指标，这被称为辨别力指标（d’）。信号检测论假设，观察者选择某一个似然比的值作为产生“信号”、“噪音”两种判断反应的分界点，或称决策标准或判定标准（）^[1]。

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^[2]。

信号检测理论在心理学实验中的应用是非常广泛的，如基于信号检测论的新业务投资决策有限理性实验，它采用了情境模拟实验，以60名MBA／EMBA学员为被试，对新业务投资决策的4个主要因素、36个处理、12个信号检测单元进行了观察分析。研究发现：（1）辨别力最强的决策信息组合、判断标准最高的决策信息组合，以及辨别力和判断标准“双低”的决策信息组合；（2）影响决策者的有限理性存在程度差别，强弱依次是投资情境、面对机会、投资模式和以往机会^[3]。

再如情绪影响认知加工策略内隐机制的实验研究，研究表明情绪可以影响加工策略：积极情绪与简单的启发式加工相联系，而消极情绪与系统的精细加工相联系。本研究运用信号检测论的方法，将被试的判定标准与加工能力分离开来，结果发现，虽然对两组被试(积极情绪组、消极情绪组)的回忆任务均提出相同的明确要求，但积极情绪组仍然运用了较为宽松的判定标准，反映了情绪对认知加工策略的无意识影响。另外，d’值在两组间没有差异表明积极情绪组并不缺少加工能力。在此基础上，认为应该放弃从能力的角度看待情绪与加工方式之间的关系，注重研究情绪与具体加工特点之间的关系^[4]。

又如信号检测论在内隐学习研究中的应用，信号检测论引入心理学研究领域是对传统心理物理学方法的一个发展。在内隐学习实验中，信号检测论的两个指标d’和分离了个体的感受性和主观判断标准，利用d’和的共变关系证实了内隐学习的存在和内隐学习的特征。这个实验探析了内隐学习研究中应用信号检测论(正态分布信号检测模型)的逻辑机理。从被试的心理行为反应上微观地分析了用SDT揭示无意识领域的可行性^[5]。另外在本实验研究后，研究者还对信号检测论做了更进一步的展望，认为信号检测论的方法很适合应用于内隐学习的研究，并且主要运用的方法是有无法和评价法。

还有一个比较新颖的研究应用了信号检测论的方法——信号检测论在测定“人肉搜索”参与者社会认知辨别力中的应用，研究者用“人肉搜索结果期待问卷”对225位“人肉搜索”参与者进行在线问卷调查，运用Ulehla &Adams构建的信号检测模式进行数据分析，以期探讨参与者的社会认知辨别力(Social Cognitive Discriminability，SCD)及其主要影响因素^[6]。

前人对于应用信号检测论这种方法的研究很多，但我们本次实验的主要目的是：（1）通过测定和比较不同频率声音的辨别力和判定标准，学习信号检测论——有无法；（2）考察不同先定概率下被试的辨别力和判定标准；（3）掌握信号检测论（有无法）的实验设计过程。我们只有在学习掌握了信号检测论的具体步骤过程和内容后，才能在以后的实际操作中更好地应用信号检测论的方法去进行研究。

2 方 法

2.1被试：上师大心理系本科生两名，被试一为男性，被试二为女性

2.2仪器与材料

2.2.1仪器：计算机及PsyTech心理实验系统。

2.2.2材料：4种频率声音：1000Hz、1005Hz、1010Hz和1015Hz

2.3程序

2.3.1登录并打开PsyTech心理实验软件主界面，选中实验列表中的“信号检测论（有无法）”单击呈现实验简介。点击 “进入实验”到“操作向导”。在参数设置中，实验者可以让被试先进行预备实验确定信号的频率。 如果不做预备实验可以人工选取 1005、 1010、1015中的一种频率的声音作为信号，直接开始实验。

2.3.2预备实验的指导语是：

这是一个预备实验，使用1号反应盒。每次实验计算机将先后发出两个不同频率的声音。请你判断哪个声音的频率更高。 如果你觉得第二个声音比第一个声音的频率高，请按“＋”键；如果觉得第二个声音比第一个声音的频率低，请按 “－”键。预备实验将进行30次。当你明白了上述指导语后，请点击下面的“预备实验”按钮开始。

2.3.3预备实验结束后，实验者在“预备实验结果”中将正确百分比中最接近80%的频率作为正式实验的信号（SN），而1000HZ则作为噪声（N）。

2.3.4正式实验指导语是：

这个实验要测验你对声音频率的辨别力，实验将逐个呈现一系列声音。请你使用1号反应盒，判定出现的声音刺激是信号还是噪声。是信号就按 “＋” 号键， 是噪声就按“－”号键，即使不能肯定也要凭感觉选择。实验将做很多次，每 50次为一组。每组信号和噪声出现的概率可能是不同的。本组实验信号出现的概率为50%。实验开始前请先分别按“信号”按钮和“噪声”按钮熟悉两者的区别， 按“信号”按钮将响一次信号声，按“噪声”按钮将响一次噪声。可以多按几次试听。当你明确了下面实验的先定概率以及了解了信号与噪声的区别后就可以点击 “开始本组实验”按钮进行实验了。

2.3.5本实验有三个先定概率，不同先定概率刺激的呈现按如下顺序进行：0.50、0.20、0.80、0.80、0.20、0.50，并将每种先定概率下的100次实验分为两个50次进行。每50次实验前指导语会告知被试下面要做的实验中信号出现的概率，同时要求被试去点击 “信号试听”和 “噪声试听”按钮，以熟悉信号与噪声的声音区别。被试明确这两点对准确完成实验非常重要。然后再点击 “正式实验”开始。做完6个单元（50次/单元）弹出实验结束提示语。

2.3.6实验结束，数据被自动保存。 实验者可直接查看结果，也可换被试继续实验，以后在主界面的“数据”菜单中查看。

2.4数据处理：采用了SPSS 11.5和EXCEL 2003进行数据处理

3 结 果

3.1根据实验数据计算两名被试在三种先定概率下的击中率和虚报率

表1：被试一各击中率和虚报率比较表

在先定概率为0.2时，被试一的击中概率为0.30，虚报概率为0.24；在先定概率为0.5时，被试一的击中概率为0.58，虚报概率为0.58；在先定概率为0.8时，被试一的击中概率为0.84，虚报概率为0.85。

表2：被试二各击中率和虚报率比较表

在先定概率为0.2时，被试一的击中概率为0.35，虚报概率为0.14；在先定概率为0.5时，被试一的击中概率为0.60，虚报概率为0.42；在先定概率为0.8时，被试一的击中概率为0.85，虚报概率为0.75。

3.2计算两名被试在三种先定概率下的辨别力d’和判定标准

表3：被试一的辨别力d’和判定标准比较表

在先定概率为0.2时，被试一的辨别力为0.18，判定标准为1.12；在先定概率为0.5时，被试一的辨别力为0，判定标准为1；在先定概率为0.8时，被试一的辨别力为0.04，判定标准为1.04。

表4：被试二的辨别力d’和判定标准比较表

在先定概率为0.2时，被试一的辨别力为0.70，判定标准为1.66；在先定概率为0.5时，被试一的辨别力为0.45，判定标准为0.99；在先定概率为0.8时，被试一的辨别力为0.36，判定标准为0.73。

3.3根据所估计的三对击中概率和虚惊概率的数值，以虚惊概率为横坐标，以击中概率为纵坐标，画出两名被试的ROC曲线图

由图可看出，被试一的击中概率和虚报概率都随着先定概率的增大而增大。

由图可看出，被试二的击中概率和虚报概率都随着先定概率的增大而增大。

3.4检验两名被试的辨别力d’和判定标准有无性别差异

表5：男女被试辨别力和判定标准的差异比较

男女被试的辨别力的性别差异不显著，t=-3.73, p=0.27>0.05 ; 男女被试的判定标准的性别差异不显著，t=-0.26, p=0.06>0.05 。

4 讨 论

4.1对两名被试的d’ 和值的讨论

两名被试在不同的先定概率下，他们的击中率、虚报率、辨别力和判定标准都是不同的。随着先定概率的增大，两名被试的击中率也在增大，但同时虚报率也同样在增大，这可能是因为被试对环境的估计的不同造成的。先定概率小，被试就会比较放松，认为信号出现的可能性也较低，所以此时被试较多报告“噪音”，相对的“信号”的报告率就下降，所以击中率和虚报率就降低；先定概率大时，被试就会比较警觉，认为信号出现的可能性也较高，所以此时被试较多报告“信号”，所以击中率和虚报率就都会上升。在先定概率增大的过程中，被试二对声音频率的辨别力和判定标准都在降低。而被试一对声音频率的辨别力和判定标准却随着先定概率的增大呈现U型变化趋势，这可能是因为实验过程中的环境不安静，或者被试生理和心理产生了波动，没有完全将注意力集中在实验上等原因。

4.2对两名被试ROC曲线的讨论

由图1可看出，被试一的ROC曲线基本与45度对角线重合，这表明被试一对声音频率的辨别力和感受性较低，d’接近于0 ；由图2可以看出，被试二的ROC曲线与被试一相似，也基本与45度对角线重合，但是被试二的曲线稍有背离对角线的弧度，这表明被试二对声音频率的辨别力和感受性比被试一稍高，d’略大于0。造成两名被试对声音频率的辨别力和感受力较低的原因，除了被试自身的生理特点外，还有可能是环境中的不安静因素造成了被试对于信号和噪音的辨别力下降，还有可能是因为本实验过程较繁琐，需被试听大量枯燥无味的纯音刺激，被试可能在实验过程中出现分心和注意力不集中的情况，从而导致了现在的实验结果。

4.3对两名被试辨别力和判定标准的性别差异的讨论

经过计算，我们发现两名被试对声音频率的辨别力和判定标准无显著的性别差异。出现这种结果的原因，首先可能是因为本实验选取的被试量较少，只有男女各一名共两名被试，方差分析得出的结果很可能不具代表性；其次，就是上述的环境因素，即被试在实验过程中会受到噪声的干扰，或者被试自身的注意力不集中等原因。

4.4对信号检测论与传统心理物理法之间区别和联系的讨论

信号检测论能把被试的辨别力和他的反应偏向分开，而传统心理物理法测得的感觉阈限则是两者的混合物。在方法学上，传统方法忽略了对噪音的测量。信号检测论认为，实验条件和方法的不同会造成不同的结果，多半是由于主观的反应偏向造成的，若去掉反应偏向的影响，人的纯感受性或辨别力就恒定了。

信号检测论是传统心理物理法的发展与优化，但它们又都反映了感觉过程的某些方面，将二者整合之后，或可得到更全面的图景。通过信号检测论可以排除主观标准设定的变动，求得感觉系统对某一强度刺激的感受性，增进人们对于阈限的理解以及提供传统和现代心理物理学整合的可能性。

不过，我们一方面要看到信号检测论对心理物理学研究的巨大贡献，要利用这个有利的工具去研究解决一些传统心理物理法所不能解决的问题；另一方面，也要看到传统心理物理法在一定条件下仍不失为测定感受性的一种可靠构方法，并且用起来比信号检测论要简便些。

5 结 论

5.1信号检测论是一种心理学实验常用的有效研究方法

5.2击中率和虚报率会随着先定概率的提高而增加

5.3被试对声音频率的辨别力和判定标准无显著的性别差异

6 参考文献

[1]郭秀艳著.实验心理学.人民教育出版社，20##年10月，276~283

[2]高湘萍，李慧渊等著.心理实验指导手册.上海：上海师范大学教育科学学院，20##年4 月，28

[3]苗青.基于信号检测论的新业务投资决策有限理性实验.心理科学，2008，31（2）：396~400

[4]庄锦英.情绪影响认知加工策略内隐机制的实验研究.心理科学，2005，28（4）：852~854

[5]何立国.信号检测论在内隐学习研究中的应用.湛江师范学院学报，20##年4月，22（2）：118~121

[6]张珊珊，彭唯.信号检测论在测定“人肉搜索”参与者社会认知辨别力中的应用.应用心理学，2010，16（2）：187~192

 

第二篇：信号检测论(有无法)

实验七 信号检测法（有无法）

小组成员：

一．实验目的：

通过重量辨别，学习信号检测法实验的有无法。

二．器材

JGW——B心理实验台操作箱，100克，104克，108克和112克的重量各一个。

三．步骤

1.准备工作

（1） 把104克、108克和112克的重量分别与100克的重量比较10次，选出一个在十次比较中7次或8次觉得比100克重的重量作为信号刺激，100克的重量作为噪音。

（2） 主试按下列三种不同的SN和N出现的先验概率安排实验顺序。

（1） （2） （3）

P（SN） 20 50 80

P（N） 80 50 20

每种先定概率做100次其中先后各50次。

2．正式实验

（1） 每50次实验开始前，先让被试熟悉一下信号和噪音的区别，并告诉被试在这50次中信号出现概率。

（2） 主试按顺序呈现刺激，哪一次呈现信号，哪一次呈现噪音，务必搞清楚。两次呈现刺激的时间间隔至少三秒。

（3） 被试右手伸入心理实验台被试测中部操作箱，套袖试测试口，用拇指和食指拿住圆柱体慢慢上举，使它离开测试面约为2厘米，2秒后就放下。要求被试每次提举重量时，提的高低，快慢要前后一致，提举后，若判断为信号就回答“信号”，主试在相应的记录表上相应的（）内记下“+”。若判断为噪音就回答为“噪音”，主试就记下“—”号，每做完50次休息5分钟

（4） 按上述方法，直到做完300次为止。

3.换被试重做上述实验。

四．结果

1．被试一

先验概率：20%

SN

N SN 9 16 N 11 64

P（Y/SN）=0.45

P（Y/N）=0.2

先验概率：50%

SN

N SN 39 21 N 11 29

P（Y/SN）=0.78

P（Y/N）=0.42

先验概率：80%

SN

N SN 74 12 N 6 8

P（Y/SN）=0.93

P（Y/N）

=0.6

被试二：

先验概率：20%

SN

N SN 12 21 N 8 59

P（Y/SN）=0.6

P（Y/N）=0.26

先验概率：50%

SN

N SN 36 16 N 14 34

P（Y/SN）=0.72

P（Y/N）=0.32

先验概率：80%

SN

N

P（Y/SN）=0.9

P（Y/N）

=0.65 SN 72 13 N 8 7

被试三

先验概率：20%

SN

N SN 13 19 N 7 61

P（Y/SN）=0.65

P（Y/N）=0.24

先验概率；50%

SN

N SN 41 13 N 9 37

P（Y/SN）=0.82

P（Y/N）=0.26

先验概率：80%

SN

N SN 74 8 N 6 12

P（Y/SN）=0.93

P（Y/SN）

=0.4

五.讨论

①从d′可看出，被试一重量差别的感受性最低，其次是被试二，被试三的重量感受性最高；其次三个被试的重量差别感受性都相对比较稳定，这说明在短时间内一个人的重量差别感受性不会发生太大变化。

②通过ROC曲线图可以看出，被试三与对角线相隔最远即被试三的辨别力最强，其次是被试二，被试一的辨别力最弱。

③从β值可以看出，被试的反应标准随着先验概率的增大而降低。可能有以下几个原因。 a. 随着先验概率的增加，被试越来越倾向于回答“信号”， 使得击中率和虚惊率都有所增加，β值降低，也就是判断标准越来越低。b.由于次数过多，使被试产生疲劳效应，判断标准放宽。

六．参考文献

1．杨治良主编，《基础实验心理学》，甘肃人民出版社，1988，122—127,146—148

2．杨博民，《心理实验纲要》，北京大学出版社，1989,51—54

3. 赫葆源等主编，《实验心理学》，北京大学出版社，1983,131—136