信号检测法实验报告

信号检测法实验王嘉俊、俞伟飞（广东第二师范学院）摘要：本实验运用有关仪器，通过信号检测法测出了我院两位心理班学生在不同先定概率条件下的重量感受性。经过分析认为：先定概率会影响被试的反应结果，随着先定概率的增大，感受性会先下降再升高，判定标准会降低。关键词：信号检测法范式、先定概率、感受性、判定标准一、引言信号检测论（signaldetectiontheory，简称SDT，或称信号侦察论、信号觉察论）的研究对象是信息传输系统中信号的接收问题。在心理学中，它是借助于数学的形式描述“接收者”在某一观察时间内将掺有噪音的信号从噪音中辨别出来。信号检测论应用于心理学中的基本原理是：将人的感官、中枢分析综合过程看作是一个信息处理系统，应用信号检测论中的一些概念、原理对它进行分析。信号检测论在心理学中具体应用时，常把刺激变量当作信号，把对刺激变量起干扰作用的因素当作噪音，这样就可以把人接收外界刺激时的分辨问题等效于一个在噪音中检测信号的问题，从而便可应用信号检测论来处理心理学中的实验结果。信号检测论的理论基础是统计决策。信号检测论本身就是一个以统计判定为根据的理论。它的基本原理是：根据某一观察到的事件，从两个可供选择的方面中选定一个。人们要想作这样的决策，必须有一个选择的标准。由于事物之间的区别并不那么明显，人在作选择决策时往往不是对就是错，因此当刺激超过这一标准时被试就以有信号反应，当刺激达不到这一标准时被试就以无信号反应。在信号检测实验中，被试对有无信号出现的判断可以有4种结果：1.击中。当信号出现时（SN），被试报告为“有”，这称为击中（hit），以y/SN表示。我们把这个判断的条件概率称击中的条件概率，以P（y/SN）表示。2.虚报。当只有噪音出现时（N），被试报告为“有”，这称为虚报（falsealarm），以y/N表示。我们把这个判断的条件概率称为虚报条件概率，以P（y/N）表示。3.漏报。当有信号出现时，被试报告为“无”，这称为漏报（miss），以n/SN表示。我们把这个判断的条件概率称为漏报条件概率，以P（n/SN）表示。4.正确否定。当无信号只有噪音出现时，被试报告为“无”，这称为正确否定（correctrejection），以n/N表示。我们把这个判断的条件概率称正确否定的条件概率，以P（n/N）表示。被试的判断虽然有4种结果，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两种，即P（y/SN）和P（y/N）。这是因为其他两个条件概率是这两个条件概率的互补，即：P（n/SN）=1-P（y/SN），P（n/N）=1-P（y/N）。以上4种判断结果往往用一矩阵表示，见表1。表1两择一判断矩阵刺激 反应ynSN击中漏报N虚报正确否定信号检测论的实验方法之一：有无法。这种方法的基本程序是：当主试呈现刺激后，让被试判断刚才呈现的刺激有无信号。事先主试要规定在这轮实验中SN和N呈现的先定概率，并且把判断结果的奖惩办法以及对被试的要求一并向被试说明。然后根据被试对呈现的刺激回答的4种结果（见表2）来估计P（y/SN）和P（y/N）。其计算方法是：P（y/SN）=f1/(f1+f2)，P（y/N）=f3/(f3+f4)。在方阵中，f1为击中次数，f2为漏报次数，f3为虚报次数，f4为正确否定次数。表2刺激反应矩阵刺激 反应ynSNf1f2Nf3f4主试可以通过改变先定概率P(SN)、对判断结果的奖惩办法以及指导语等来改变被试采用的判断标准。每种标准至少要做100-200次实验，才可以取得较稳定的结果。根据每一标准所得到的实验结果f1、f2、f3、f4的方阵，可以估计出P（y/SN）和P（y/N）来。有了击中概率P（y/SN）和虚报概率P（y/N），就可以求出相应的纵坐标和Z分数。用如下公式求出判断标准似然比β和辨别力指数d′：β=OSN/ON；d′=ZSN-ZN。OSN表示击中概率的纵坐标，即指击中概率相应的正态曲线上Y轴的高度，ZSN表示击中概率所对应的标准分数；ON表示虚报概率的纵坐标，ZN表示虚报概率所对应的标准分数。虽然人的辨别能力是比较稳定的，但是人的判断标准是随信号出现的概率和对被试回答的奖惩办法而改变。如果奖惩办法不变，当信号出现的概率低时，被试不轻易说有信号，那么标准就要定得低。随着信号出现概率的改变，判断标准也在改变。当信号出现频率低时，β值大，说明被试判断有信号的标准高；信号出现频率高时，β值小，说明被试判断有信号的标准低。二、实验方法1、实验目的：经过重量辨别，学习信号检测实验的有无法，掌握信号检测实验的基本原理。2、实验仪器与材料：高2厘米、直径4厘米的圆柱体一套，这套圆柱体的重量要求如下：100克、104克、108克和112克的重量各1个；遮眼罩1副。3、被试：广东第二师范学院心理学班学生两名4、实验程序：（1）准备工作把104、108和112克的重量与100克的重量各比较10次，选出一个在10次比较中有7次或8次觉得比100克重的重量作为信号刺激（SN），100克的重量作为噪音（N）。主试按下列3种不同的SN、N出现的概率安排实验顺序：（1）（2）（3）P（SN）0.200.500.80P（N）0.800.500.20（2）正式实验A、在每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次中信号出现的概率。B、主试按顺序呈现刺激，每种先定概率做100次，其中信号在前和信号在后各50次。50次中信号和噪音出现的顺序按随机原则排列。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3秒，千万不要为了赶进度连续不断地呈现刺激。C、被试提举重量时，提得高低、快慢要前后一致。提举后，若判断为信号就回答“信号”，主试就在记录表上相应的（）内记下“+”号；若判断为噪音就回答“噪音”，主试就记“—”号。每做完50次休息2分钟。D、按上述方法，直到做完300次为止。E、换被试重做上述实验。三、实验结果表1两被试实验结果统计（反应次数）先定概率刺激性质被试甲（y）被试乙（y）P=0.2SN913N64P=0.5SN3039N78P=0.8SN6770N54表2信号检测实验结果处理（被试甲）P（SN）0.200.500.80PZOPZOPZOy/SN0.45-0.1250.39580.60.2530.38640.840.9940.2434y/N0.08-1.4050.14870.13-1.1260.21160.24-0.7060.311d’1.281.3791.72.661.830.78表3信号检测实验结果处理（被试乙）P（SN）0.200.500.80PZOPZOPZOy/SN0.670.4390.36230.770.7380.30380.881.1750.2001y/N0.05-1.6450.10320.16-0.9940.24340.22-0.7720.2962d’2.081.731.9473.511.250.68公式：d’=z击中—z虚惊根据所估计的两对P(y/SN)和P（y/N）的数值，以虚惊P(y/N)为横坐标，以击中概率P(y/SN)为纵坐标，分别画出两个被试的ROC曲线图。图一被试甲与被试乙的ROC曲线（系列1为被试甲，系列2为被试甲，系列3为偶然事件。）四、分析与讨论感受性d’会受先定概率的影响。从图一中可以观察到被试甲与被试乙的两条ROC曲线与偶然事件直线的距离都相距得比较远，可知两位被试的感受性d’都是比较高的，但由于实验器材的缺陷，其中的误差也是不小的（后面有详细说明）。从表1与表2中可知，被试甲的感受性d’随着先定概率的增大而增大，而被试乙的感受性d’则随着先定概率的增大而先减少再增大。按照理论分析，当先定概率处于中间（0.5）时，信号与噪音出现的频率一样，被试通过猜测来而回答正确的概率会下降，期望效应的作用不大，也就说被试的感受性是最低的。当先定概率向两极延伸时，被试将更有可能猜中结果，因此被试的感受性会升高。所以被试乙的实验结果与理论符合。至于被试甲的实验结果不符合规律，可能的原因有：（1）练习效应，在实验刚开始的时候，被试可能会由于对信号与噪音的记忆不深，所以回答的正确率较低。但随着实验的进行，通过不断地接受信号和噪音刺激，被试对两者的记忆会越来越深，因此回答的成绩也会在一定范围内慢慢升高（2）疲劳效应，由于整个实验需要做300次之多，而实验的时间又有限，被试得不到充分的休息（实验过程中被试乙曾报告说手感觉到酸麻），这造成了被试反应的实验结果受到影响。另外被试的态度对实验结果也有很大影响，被试可能因为实验次数过多而觉得不耐烦，因为希望快速结束实验而不认真作答。（3）实验器材缺陷。本次实验中用来辨别重量的圆柱体有部分是损坏的（部分圆柱体内部的金属块碎裂），被试在辨别重量的时候，有些圆柱体会发出声响，所以即使被试被蒙着眼睛，有些时候还是可以通过听声音来猜测，导致了实验结果有作假的可能。（4）实验环境的干扰。由于实验进行的时候，实验室里还有多个小组同时也在进行实验，多个被试都在作报告，造成实验室内比较吵闹，由此被试的情绪、判断能力可能会受到一定的影响。判定标准会受先定概率的影响从表1和表2中可知，被试甲与被试乙的值都随着先定概率的增加而下降，也就是说两位被试的判断标准都随着先定概率的增大而变得越来越宽松，这是比较符合规律的。根据理论分析，在实验过程中很多的时候，被试仅仅凭借自己的感觉是很难分辨出哪个是信号哪个是噪音，作出肯定回答的，在这些模棱两可的情况下，被试往往会加入自己的主观感情去猜测。因为期望效应，所以当先定概率较低的时候，被试会倾向于猜测“无信号”，而当先定概率较高的时候，被试则会倾向于猜测“有信号”。所以，当先定概率为0.2时，两位被试的判断标准都比较严格，都大于2，说明不容易报告“有信号”；当先定概率为0.5时，两位被试的判断标准都放宽了，都小于2；当先定概率达到0.8时，两位被试的判断标准都变得非常宽松了，都小于1。3、信号检测论的方法可应用到其他测量感受性的实验中例如，运用信号检测论的方法可以测量先定概率对回忆的影响。实验中可选图画500页，分为5组每组100张。5组画页的先定概率分别是0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。对于每组画页，主试使用一种信号的先定概率，然后按此先定概率呈现给被试一定数量的画页，要求被试把它们当做“信号”记住。作为信号的画页呈现完毕后，与此组作为噪音的画页混合，然后随机地逐张呈现给被试。这时，每呈现一张画页，即要求被试判断此画页是“信号”还是“噪音”，并要求被试把结果记录在实验纸上。根据五种先定概率得到的实验结果，就可计算击中概率和虚惊概率。五、结论实验中测出了两位被试在不同先定概率中对重量差别的感受性d’和判定标准。根据分析可知，先定概率确实对