信號檢測法實驗報告

信號檢測法實驗王嘉俊、俞偉飛（廣東第二師范學(xué)院）摘要：本實驗運用有關(guān)儀器，通過信號檢測法測出了我院兩位心理班學(xué)生在不同先定概率條件下的重量感受性。經(jīng)過分析認(rèn)為：先定概率會影響被試的反應(yīng)結(jié)果，隨著先定概率的增大，感受性會先下降再升高，判定標(biāo)準(zhǔn)會降低。關(guān)鍵詞：信號檢測法范式、先定概率、感受性、判定標(biāo)準(zhǔn)一、引言信號檢測論（signaldetectiontheory，簡稱SDT，或稱信號偵察論、信號覺察論）的研究對象是信息傳輸系統(tǒng)中信號的接收問題。在心理學(xué)中，它是借助于數(shù)學(xué)的形式描述“接收者”在某一觀察時間內(nèi)將摻有噪音的信號從噪音中辨別出來。信號檢測論應(yīng)用于心理學(xué)中的基本原理是：將人的感官、中樞分析綜合過程看作是一個信息處理系統(tǒng)，應(yīng)用信號檢測論中的一些概念、原理對它進行分析。信號檢測論在心理學(xué)中具體應(yīng)用時，常把刺激變量當(dāng)作信號，把對刺激變量起干擾作用的因素當(dāng)作噪音，這樣就可以把人接收外界刺激時的分辨問題等效于一個在噪音中檢測信號的問題，從而便可應(yīng)用信號檢測論來處理心理學(xué)中的實驗結(jié)果。信號檢測論的理論基礎(chǔ)是統(tǒng)計決策。信號檢測論本身就是一個以統(tǒng)計判定為根據(jù)的理論。它的基本原理是：根據(jù)某一觀察到的事件，從兩個可供選擇的方面中選定一個。人們要想作這樣的決策，必須有一個選擇的標(biāo)準(zhǔn)。由于事物之間的區(qū)別并不那么明顯，人在作選擇決策時往往不是對就是錯，因此當(dāng)刺激超過這一標(biāo)準(zhǔn)時被試就以有信號反應(yīng)，當(dāng)刺激達不到這一標(biāo)準(zhǔn)時被試就以無信號反應(yīng)。在信號檢測實驗中，被試對有無信號出現(xiàn)的判斷可以有4種結(jié)果：1.擊中。當(dāng)信號出現(xiàn)時（SN），被試報告為“有”，這稱為擊中（hit），以y/SN表示。我們把這個判斷的條件概率稱擊中的條件概率，以P（y/SN）表示。2.虛報。當(dāng)只有噪音出現(xiàn)時（N），被試報告為“有”，這稱為虛報（falsealarm），以y/N表示。我們把這個判斷的條件概率稱為虛報條件概率，以P（y/N）表示。3.漏報。當(dāng)有信號出現(xiàn)時，被試報告為“無”，這稱為漏報（miss），以n/SN表示。我們把這個判斷的條件概率稱為漏報條件概率，以P（n/SN）表示。4.正確否定。當(dāng)無信號只有噪音出現(xiàn)時，被試報告為“無”，這稱為正確否定（correctrejection），以n/N表示。我們把這個判斷的條件概率稱正確否定的條件概率，以P（n/N）表示。被試的判斷雖然有4種結(jié)果，但判斷的條件概率一般只用擊中的條件概率和虛報的條件概率兩種，即P（y/SN）和P（y/N）。這是因為其他兩個條件概率是這兩個條件概率的互補，即：P（n/SN）=1-P（y/SN），P（n/N）=1-P（y/N）。以上4種判斷結(jié)果往往用一矩陣表示，見表1。表1兩擇一判斷矩陣刺激 反應(yīng)ynSN擊中漏報N虛報正確否定信號檢測論的實驗方法之一：有無法。這種方法的基本程序是：當(dāng)主試呈現(xiàn)刺激后，讓被試判斷剛才呈現(xiàn)的刺激有無信號。事先主試要規(guī)定在這輪實驗中SN和N呈現(xiàn)的先定概率，并且把判斷結(jié)果的獎懲辦法以及對被試的要求一并向被試說明。然后根據(jù)被試對呈現(xiàn)的刺激回答的4種結(jié)果（見表2）來估計P（y/SN）和P（y/N）。其計算方法是：P（y/SN）=f1/(f1+f2)，P（y/N）=f3/(f3+f4)。在方陣中，f1為擊中次數(shù)，f2為漏報次數(shù)，f3為虛報次數(shù)，f4為正確否定次數(shù)。表2刺激反應(yīng)矩陣刺激 反應(yīng)ynSNf1f2Nf3f4主試可以通過改變先定概率P(SN)、對判斷結(jié)果的獎懲辦法以及指導(dǎo)語等來改變被試采用的判斷標(biāo)準(zhǔn)。每種標(biāo)準(zhǔn)至少要做100-200次實驗，才可以取得較穩(wěn)定的結(jié)果。根據(jù)每一標(biāo)準(zhǔn)所得到的實驗結(jié)果f1、f2、f3、f4的方陣，可以估計出P（y/SN）和P（y/N）來。有了擊中概率P（y/SN）和虛報概率P（y/N），就可以求出相應(yīng)的縱坐標(biāo)和Z分?jǐn)?shù)。用如下公式求出判斷標(biāo)準(zhǔn)似然比β和辨別力指數(shù)d′：β=OSN/ON；d′=ZSN-ZN。OSN表示擊中概率的縱坐標(biāo)，即指擊中概率相應(yīng)的正態(tài)曲線上Y軸的高度，ZSN表示擊中概率所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)；ON表示虛報概率的縱坐標(biāo)，ZN表示虛報概率所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)。雖然人的辨別能力是比較穩(wěn)定的，但是人的判斷標(biāo)準(zhǔn)是隨信號出現(xiàn)的概率和對被試回答的獎懲辦法而改變。如果獎懲辦法不變，當(dāng)信號出現(xiàn)的概率低時，被試不輕易說有信號，那么標(biāo)準(zhǔn)就要定得低。隨著信號出現(xiàn)概率的改變，判斷標(biāo)準(zhǔn)也在改變。當(dāng)信號出現(xiàn)頻率低時，β值大，說明被試判斷有信號的標(biāo)準(zhǔn)高；信號出現(xiàn)頻率高時，β值小，說明被試判斷有信號的標(biāo)準(zhǔn)低。二、實驗方法1、實驗?zāi)康模航?jīng)過重量辨別，學(xué)習(xí)信號檢測實驗的有無法，掌握信號檢測實驗的基本原理。2、實驗儀器與材料：高2厘米、直徑4厘米的圓柱體一套，這套圓柱體的重量要求如下：100克、104克、108克和112克的重量各1個；遮眼罩1副。3、被試：廣東第二師范學(xué)院心理學(xué)班學(xué)生兩名4、實驗程序：（1）準(zhǔn)備工作把104、108和112克的重量與100克的重量各比較10次，選出一個在10次比較中有7次或8次覺得比100克重的重量作為信號刺激（SN），100克的重量作為噪音（N）。主試按下列3種不同的SN、N出現(xiàn)的概率安排實驗順序：（1）（2）（3）P（SN）0.200.500.80P（N）0.800.500.20（2）正式實驗A、在每50次實驗開始前，先讓被試熟悉一下信號和噪音的區(qū)別，并告訴被試在這50次中信號出現(xiàn)的概率。B、主試按順序呈現(xiàn)刺激，每種先定概率做100次，其中信號在前和信號在后各50次。50次中信號和噪音出現(xiàn)的順序按隨機原則排列。哪一次呈現(xiàn)信號，哪一次呈現(xiàn)噪音務(wù)必搞清楚。兩次呈現(xiàn)刺激的時間間隔至少3秒，千萬不要為了趕進度連續(xù)不斷地呈現(xiàn)刺激。C、被試提舉重量時，提得高低、快慢要前后一致。提舉后，若判斷為信號就回答“信號”，主試就在記錄表上相應(yīng)的（）內(nèi)記下“+”號；若判斷為噪音就回答“噪音”，主試就記“—”號。每做完50次休息2分鐘。D、按上述方法，直到做完300次為止。E、換被試重做上述實驗。三、實驗結(jié)果表1兩被試實驗結(jié)果統(tǒng)計（反應(yīng)次數(shù)）先定概率刺激性質(zhì)被試甲（y）被試乙（y）P=0.2SN913N64P=0.5SN3039N78P=0.8SN6770N54表2信號檢測實驗結(jié)果處理（被試甲）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信號檢測實驗結(jié)果處理（被試乙）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擊中—z虛驚根據(jù)所估計的兩對P(y/SN)和P（y/N）的數(shù)值，以虛驚P(y/N)為橫坐標(biāo)，以擊中概率P(y/SN)為縱坐標(biāo)，分別畫出兩個被試的ROC曲線圖。圖一被試甲與被試乙的ROC曲線（系列1為被試甲，系列2為被試甲，系列3為偶然事件。）四、分析與討論感受性d’會受先定概率的影響。從圖一中可以觀察到被試甲與被試乙的兩條ROC曲線與偶然事件直線的距離都相距得比較遠，可知兩位被試的感受性d’都是比較高的，但由于實驗器材的缺陷，其中的誤差也是不小的（后面有詳細說明）。從表1與表2中可知，被試甲的感受性d’隨著先定概率的增大而增大，而被試乙的感受性d’則隨著先定概率的增大而先減少再增大。按照理論分析，當(dāng)先定概率處于中間（0.5）時，信號與噪音出現(xiàn)的頻率一樣，被試通過猜測來而回答正確的概率會下降，期望效應(yīng)的作用不大，也就說被試的感受性是最低的。當(dāng)先定概率向兩極延伸時，被試將更有可能猜中結(jié)果，因此被試的感受性會升高。所以被試乙的實驗結(jié)果與理論符合。至于被試甲的實驗結(jié)果不符合規(guī)律，可能的原因有：（1）練習(xí)效應(yīng)，在實驗剛開始的時候，被試可能會由于對信號與噪音的記憶不深，所以回答的正確率較低。但隨著實驗的進行，通過不斷地接受信號和噪音刺激，被試對兩者的記憶會越來越深，因此回答的成績也會在一定范圍內(nèi)慢慢升高（2）疲勞效應(yīng)，由于整個實驗需要做300次之多，而實驗的時間又有限，被試得不到充分的休息（實驗過程中被試乙曾報告說手感覺到酸麻），這造成了被試反應(yīng)的實驗結(jié)果受到影響。另外被試的態(tài)度對實驗結(jié)果也有很大影響，被試可能因為實驗次數(shù)過多而覺得不耐煩，因為希望快速結(jié)束實驗而不認(rèn)真作答。（3）實驗器材缺陷。本次實驗中用來辨別重量的圓柱體有部分是損壞的（部分圓柱體內(nèi)部的金屬塊碎裂），被試在辨別重量的時候，有些圓柱體會發(fā)出聲響，所以即使被試被蒙著眼睛，有些時候還是可以通過聽聲音來猜測，導(dǎo)致了實驗結(jié)果有作假的可能。（4）實驗環(huán)境的干擾。由于實驗進行的時候，實驗室里還有多個小組同時也在進行實驗，多個被試都在作報告，造成實驗室內(nèi)比較吵鬧，由此被試的情緒、判斷能力可能會受到一定的影響。判定標(biāo)準(zhǔn)會受先定概率的影響從表1和表2中可知，被試甲與被試乙的值都隨著先定概率的增加而下降，也就是說兩位被試的判斷標(biāo)準(zhǔn)都隨著先定概率的增大而變得越來越寬松，這是比較符合規(guī)律的。根據(jù)理論分析，在實驗過程中很多的時候，被試僅僅憑借自己的感覺是很難分辨出哪個是信號哪個是噪音，作出肯定回答的，在這些模棱兩可的情況下，被試往往會加入自己的主觀感情去猜測。因為期望效應(yīng)，所以當(dāng)先定概率較低的時候，被試會傾向于猜測“無信號”，而當(dāng)先定概率較高的時候，被試則會傾向于猜測“有信號”。所以，當(dāng)先定概率為0.2時，兩位被試的判斷標(biāo)準(zhǔn)都比較嚴(yán)格，都大于2，說明不容易報告“有信號”；當(dāng)先定概率為0.5時，兩位被試的判斷標(biāo)準(zhǔn)都放寬了，都小于2；當(dāng)先定概率達到0.8時，兩位被試的判斷標(biāo)準(zhǔn)都變得非常寬松了，都小于1。3、信號檢測論的方法可應(yīng)用到其他測量感受性的實驗中例如，運用信號檢測論的方法可以測量先定概率對回憶的影響。實驗中可選圖畫500頁，分為5組每組100張。5組畫頁的先定概率分別是0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。對于每組畫頁，主試使用一種信號的先定概率，然后按此先定概率呈現(xiàn)給被試一定數(shù)量的畫頁，要求被試把它們當(dāng)做“信號”記住。作為信號的畫頁呈現(xiàn)完畢后，與此組作為噪音的畫頁混合，然后隨機地逐張呈現(xiàn)給被試。這時，每呈現(xiàn)一張畫頁，即要求被試判斷此畫頁是“信號”還是“噪音”，并要求被試把結(jié)果記錄在實驗紙上。根據(jù)五種先定概率得到的實驗結(jié)果，就可計算擊中概率和虛驚概率。五、結(jié)論實驗中測出了兩位被試在不同先定概率中對重量差別的感受性d’和判定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)分析可知，先定概率確實對