信号检测论

信号检测论 信号检测论——有无法与评价法摘要:本实验选取两名心理学专业本科生，分别为一男一女。通过用信号检测论的有无法，考察了在不同的先验条件下被试的辨别力与判定的大小，并绘制出了被试者的操作特征曲线。通过被试对汉字再认的准确性评判，学习用评价法进行信号检测论实验。结果:(1)无论是在有无法中还是在评价法中，女性被试的辨别力均高于男性被试，女性被试的再认能 (2)力高于男性被试的再认能力。 被试的辨别力在不同先定条件下和判断标准下没有显著变化。关键字:有无法 评价法 ROC 曲线 再认1 引言 信号检测论是现代心理物理学最重要的内容之一，它将个体客观的感受性与主观的动机、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 。它是指关于人们在不确定的情况下如何作出决定的理 。 信号检测论(signal detection theory，SDT)最初是信息论的一个重要分支，应用在雷达和通讯技术中，用来解决信号接受的正确概率问题，50 年代广泛应用于军事、地质、物理、电子、天文与宇宙学等领域。1954 年，美国心理学家 W. P. Tanner 和 J. A. Swets 把它应用于人的知觉过程，使心理物理学方法发 在心理学领域，信号检测论所指的信号可以理解为刺激，而被展到一个新的阶 。 试的任务就可以相应的理解为“信号检测”，即判断“有信号”还是“无信号”。而噪音就是信号所伴随的背景。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 。 信号检测论的方法主要有两种:有无法和评价法。实验一采用有无法，考察在不同先验条件下被试的辨别力和判定标准的大小。实验二选择汉字为材料，通过被试对汉字再认的准确性评判，学习用评价法进行信号检测论实验。2 实验一 ，随即呈现。目的是通过测 实验一用两个不同频率的声音刺激作为“信号”和“噪声”定和比较不同频率声音的辨别力和判定标准，学习用有无法进行信号检测论的实验以及考察不同先验概率下被试的辨别力和判定标准，绘制 ROC 曲线。2.1 方法2.1.1 被试 心理学专业大二本科生 2 名，一男一女。2.1.2 仪器与材料 仪器:PsyTech‐EP2009 型心理实验台。 材料:2 种频率声音: 1005Hz、1010Hz。2.1.3 实验程序 1双击桌面“心仪心理实验平台”图标，弹出登录窗口。双击“电脑实验”，打开 ”PsyTech‐EP2009 型心理实验台主界面。选中左侧实验列中的“信号检测论(有无法)，右边呈现实验说明。 单击“进入实验”弹出“指导语”窗口。实验者可进行参数设置。信号的产生可以选择做预备实验，如果时间不够也可以“直选”某具体频率作为信号，并单击“开始实验”按钮进行实验。 2参数设置中信号选择如果是“根据预实验结果自动选择”，则预备实验的指导语是:这是一个预备实验，请使用 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。当你明白了操作要求后，请点击下面的 “预备实验”按钮开始。说明:预备实验结束后，计算机会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)。 3正式实验指导语是: 这个实验要测试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“信号试听”和“噪声试听”按钮以熟悉两者的区别，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。 4本实验有三个先定概率，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。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。做完 6 个单元(50 次/单元)弹出实验结束提示语。2.2 结果2.2.1 不同先定概率条件下的击中率与虚报率 1女性被试在不同先定概率下的击中率与虚报率，如表 1 所示: 表 1: 女性不同先定概率下的击中率与虚报率 先定概率 0.2 0.5 0.8 击中率 0.25 0.34 0.5 虚报率 0.525 0.78 0.65 2男性被试在不同先定概率下的击中率和虚报率，如表 2 所示: 表 2: 男性不同先定概率下的击中率与虚报率 先定概率 0.2 0.5 0.8 击中率 0.35 0.54 0.625 虚报率 0.45 0.62 0.72.2.2 辨别力和判断标准 1女性被试在不同先定概率下的辨别力 d和判断标准 ，如表 3 所示: 表 3: 女性不同先定概率下的辨别力 d和 -1.174 -1.184 -0.385 0.266 0.345 0.118 2男性被试在判断标准 先定概率 0.2 0.5 0.8 d 不同先定概率下的辨别力 d和判断标准 ，如表 4 所示: 表 3: 男性不同先定概率下的辨别力 d和判断标准 先定概率 0.2 0.5 0.8 d -0.26 -0.205 -0.219 0.94 1.04 1.092.2.3 三种先定概率下的 ROC 曲线 根据上述得出的在三种不同先定概率下的击中率与虚报率，以虚报率为横坐标，击中率为纵坐标，绘制出两名被试的 ROC 曲 1 三种先定概率下的 ROC 曲线3 实验二 实验二采用评价线，如图 1 所示: 图 法，在有无法中只要求被试回答是否是信号，被试只要一个判断标准就可以了。但在评价法实验中，对呈现的每一个刺激不仅要求被试回答是不是信号，而且还要求被试对每次判断的把握有多么大做出等级评价。目的是通过被试对汉字再认的准确性评判，学习用评价法进行信号检测论实验。3.1 方法3.1.1 被试 心理学专业大二本科生 2 名，一男一女。3.1.2 仪器与材料 仪器:PsyTech‐EP2009 型心理实验台。 材料:信号汉字 100 个，噪音汉字 100 个。3.1.3 实验程序 (1)双击桌面“心仪心理实验平台”图标，弹出登录窗口。选中左侧实验列表中的“信 ”号检测论(评价法) 右边呈现实验说明。单击“进入实验”弹出“指导语”窗口。实验 、练习等，也可以单击“开始实验”按钮直接进行实验。者可进行参数设置(或使用默认值) (2)第一次指导语是: 这是一个用评价法进行的信号检测论实验。 实验开始后屏幕会逐个呈现一系列汉字， 请你认真看并尽量记住这些汉字。当你明白了实验要求后，就点击下面的“开始实验”按钮开始说明:进入实验界面“预备”后，屏幕逐个呈现 100 个作为信号的汉字。被试只看并记忆，不作其它反应。呈现完毕，再次出现指导语。 (3)第二次指导语是: 下面屏幕将再次逐个呈现一系列汉字。其中一半是你刚才看过的， 一半是没有看过的。请你对这些呈现的汉字做出判断，是否你刚才看过的， 并用鼠标点击“等级评价”按钮，对你判断的肯定程度作等级评价。当你明白了操作要求后，就请点击下面的“开始”按钮。说明:进入实验界面“预备”后，屏幕逐个随机呈现混合后的汉字。被试首先要对每个呈现的汉字做出是“信号”还是“噪音”的判断， 并对每次判断的把握性做出等级评价。3.2 结果3.2.1 不同评定等级下的信号与噪音的对比 根据结果中的五个等级反应的次数，以评价等级数为横坐标，以次数为纵坐标，画出信号与噪音对比关系的直方图，如图 2 以及图 3 所示: 图 2 女性不同评定等级下的信号与噪音的对比关系 图 3 男性不同评定等级下的信号与噪 音的对比关系3.2.2 五种评定等级下的信号和噪音的概率 表 5: 女性在五种评定等级下的信号和噪音的概率 评定标准 肯定看过 可能看过 不能确定 可能没看过 肯定没看过 信号 0.68 0.15 0.04 0.03 0.1 噪音 0.06 0.09 0.14 0.16 0.55 表 6: 男性在五种评定等级下的信号和噪音的概率 评定标准 肯定看过 可能看过 不能确定 可能没看过 肯定没看过 信号 0.36 0.2 0.11 0.17 0.16 噪音 0.07 0.2 0.21 0.18 0.343.2.3 四种判断标准下的击中率、虚报率、辨别力 d以及判断标准 表 7: 女性在四种判断标准下的各种指标 判断标准 击中率 0.68 0.83 0.87 0.9 虚报率 0.06 0.15 0.29 0.45 辨别力 d 2.02 1.99 1.68 1.41 判断标准 3 1.09 0.62 0.44 表 7: 男性谒闹峙卸媳曜枷碌母髦种副?判断标准 击中率 0.36 0.56 0.67 0.84 虚报率 0.07 0.27 0.48 0.66 辨别力 d 1.56 0.76 0.49 0.58 判断标准 2.79 1.19 0.91 0.673.2.4 四种判断标准下的 ROC 曲线 根据上述得出的在四种不同判断标准下的击中率与虚报率，以虚报率为横坐标，击中率为纵坐标，绘制出两名被试的 ROC 曲线，如图 4 所示: 图4 四种判断标准下的 ROC 曲线4 讨论4.1 辨别力和判断标准 在有无法中，通过比较在 可以看出，女性被试的敏感性要高于男性被试的敏感三种不同先验条件下辨别力 d 性。而在评价法中，比较四种判断标准下辨别力 d可以看出，女性被试的再认能力高于男性被试的再认能力。造成的原因有两种:第一，可能是受实验时间的影响。实验中，两名被试完成实验所需的时间是不同的;第二，受被试特性的影响，两名被试的性别差异可能是其中的影响因素之一。再有，两名被试在三种先定概率条件下以及四种判断标准下的辨别力没有显著差异，说明在短时间内，一个人声音刺激的差别感受性是不会发生太大变化的。 从 值可以看出，在有无法中，女性被试的判断标准较为严格，而男性被试的判断标准则既不严格也不宽松， 值都接近于 1。两名被试的判断标准均受先定概率的影响不大，说明两名被试有自己独立的判断标准，受外界影响较小。当然，这也与被试了解实验目的以及认真读指导语有关。而在评价法中，两名被试的判断标准均由严格变得宽松。4.2 ROC 曲线 根据信号检测论，ROC 曲线离对角线越远，表示被试的辨别力越强，d的值也就越大。从 ROC 曲线图中可以看出，女性被试的 ROC 曲线离对角线较远，曲度较大，说明女性被试的辨别力强，再认能力也较强;而男性被试的 ROC 曲线则离对角线较近，且比较平直，说明男性被试的辨别力较弱，再认能力也较弱。5 结论 (1)无论是在有无法中还是在评价法中，女性被试的辨别力均高于男性被试，女性被试的再认能力高于男性被试的再认能力。 (2)被试的辨别力在不同先定条件下和判断标准下没有显著变化。6 参考文献1 杨志良.实验心理学.杭州:浙江教育出版社，1998276 2 杨志良.实验心理学.杭州:浙江教育出版社，1998281