（基础心理学专业论文）视觉搜索非对称现象的信息论解释.pdf

浙江大学硕：t ：学位论文 中文摘要 视觉搜索非对称现象的信息论解释 摘要 视觉搜索任务中，刺激a 与b 互相作为干扰子和目标时搜索效率出现差异， 这种现象叫做视觉搜索的非对称性。研究非对称性的形成原因和条件是理解视知 觉加工和注意过程的重要途径。特征整合理论认为知觉加工有两个阶段，对基本 特征的加工发生在较早的前注意阶段，因此目标比干扰子具有更多基本特征的条 件下容易搜索，反之则困难。基于熟悉性的假说认为人们对熟悉的刺激加工更快， 作为干扰子时能迅速排除，导致了对目标的高效搜索，不熟悉的干扰子则阻碍了 排除的速度，降低搜索效率。原型一偏离假说指出知觉系统对偏离标准的刺激有 更大的激活，相比原型，搜索更为容易。 信息论用“扫描一预测”过程阐释视知觉加工图形刺激的机制，表明不确定 性是信息量的指标，并以此来量化研究复杂的知觉情境。本研究沿用信息论在认 知科学中的有关理论，从不确定性的角度对视觉搜索非对称现象作新的诠释和考 量。 实验一采用具有不同的熟悉度和信息量的汉字及其变形互相作为目标和干 扰子，表明是信息量而非熟悉度或原型一偏离因素影响搜索效率。实验二采用具 有不同的基本特征和信息量的直角菱形和圆角菱形互相作为目标和干扰子，证明 是信息量而非基本特征影响搜索效率。实验三第一部分用正四边形和正五边形、 第二部分用随机生成面积相同的四边形和五边形互为目标和干扰子，初步探讨不 确定性对视觉搜索效率的影响。 实验结果显示，搜索图形信息量较大的目标比搜索图形信息量较小的有更高 的效率；用信息量能够有效解释视觉搜索非对称现象。 关键词：视觉搜索非对称性信息论特征整合论熟悉性假设原型一偏离假说 i v i n f o r m a t i o n a la s p e c t so f v i s u a ls e a r c ha s y mm e t r y a b s t r a c t s e a r c ha s y m m e t r yi saw e l l k n o w np h e n o m e n o ni nw h i c hs e a r c h i n gf o rs t i m u l u sa a m o n gab a c k g r o u n do f d i s t r a c t o r sbi sm o r ee f f i c i e n tt h a ns e a r c h i n gf o rba m o n ga a s y m m e t r yp a r a d i g mh a sb e e nu s e dt ou n d e r s t a n dt h ea t t e n t i o n a lm e c h a n i s mi nt h e h u m a nv i s i o ns y s t e m f e a t u r ei n t e g r a t i o nt h e o r yi n d i c a t e st h a ti ti se a s i e rt od e t e c t t h ep r e s e n c eo fab a s i cf e a t u r e ，w h i c hh a p p e n si nt h ep r e a t t e n t i v es t a g e ，t h a ni ti st o l o c a t ei t sa b s e n c e e x p e r i m e n t sd r i v e nb yt h ef a m i l i a r i t y - b a s e dp e r s p e c t i v es u g g e s t t h a tt h ef a m i l i a r i t yo ft h ed i s t r a c t o r sd e t e r m i n e ss e a r c he f f i c i e n c ys ot h a tu n f a m i l i a r d i s t r a c t o r ss l o wd o w nt h es e a r c hs p e e d a c c o r d i n gt ot h ep r o t o t y p e d e v i a t i o n h y p o t h e s i st h ed e v i a t i n gs t i m u l ie l i c i t sm o r ea c t i v i t yt h a nd ot h es t a n d a r do n e s ，t h u s s e a r c h i n gf o rah i 曲- a c t i v i t yt a r g e ta m o n gl o w - a c t i v i t yd i s t r a c t o r si s f a s t e rt h a n t h ea s p e c t so fi n f o r m a t i o nt h e o r yi n t r o d u c e “s c a r m i g - p r e d i c t i n g p r o c e d u r et o i n t e r p r e tt h ew a ys t i m u l u s b ep r o c c e s s e db yv i s u a l s y s t e m ，w h i c hp r o v i d i n g t e c h n i q u e sf o rq u a n t i f y i n gs i t u a t i o n sw h i c hh a v eh i t h e r t ob e e nd i f f i c u l to ri m p o s s i b l e t oq u a n t i f y i nt h i sp a p e ris h a l la d o p tt h e s ei n f o r m a t i o n a la s p e c t so fv i s u a lp e r c e p t i o n t or e c o n s i d e rt h ep h e n o m e n o no fv i s u a ls e a r c ha s y m m e t r y i ne x p e r i m e n t1 ，c h i n e s ec h a r a c t e ra n di t st r a s f o r mw e r eu s e da st a r g e ta n d d i s t r a c t o r st od e m m o n s t r a t et h a ti ti st h ef a c o t o ro fa m o u n to fi n f o r m a t i o nr a t h e rt h a n f a m i l i a r i t y o r p r o t o t y p e - d e v i a t i o n e l e m e n td e t e r m i n e ss e a r c h e f f i c i e n c y i n e x p e r i m e n t2s t i m u l u sw i t hs u b s t i t u t i v ef e a t u r e sa n d d i f f e r e n ta m o u n to fi n f o r m a t i o n a r eu s e da st a r g e ta n dd i s t r a c t o r st op r o v ei ti st h ea m o u n to fi n f o r m a t i o nn o tt h eb a s i c f e a t u r e sa f f e c t ss e a r c he f f i c i e n c y e x p e r i m e n t3g a v eap r i m a r yd i s c u s s i o no nt h e i n f l u e n c eo fu n c e r t a i n t yo nv i s u a ls e a r c hp e r f o r m a n c e t h er e s u l t ss u g g e s tt h a t ( 1 ) i ti sm o r ee f f i c i e n tt os e a r c hf o rat a r g e t 埘t l lm o r e i n f o r m a t i o nt h a n 诵t l ls m a l li n f o r m a t i o n ；( 2 ) s o m ea s p e c t so fi n f o r m a t i o nt h e o r yc a n b eu s e dt oi n t e r p r e tt h ep h e n o m e n o no fv i s u a ls e a r c ha s y m e t r y v 浙江大学硕士学位论文 英文摘要 k e yw o r d s ：v i s u a ls e a r c ha s y m m e t r y , i n f o r m a t i o nt h e o r y , f e a t u r ei n t e g r a t i o nt h e o r y , f a m i l i a r i t y - b a s e dh y p o t h e s i s ，p r o t o t y p e - d e v i a t i o na c c o u n t v i 浙江人学硕二l 学位论文 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弥漓 签字日期：l 。年6 月8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：纱l o 年6 月岔日 n 导师签名： 签字日期：矽扣年f 月苫日 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 读研的日子忙碌辛苦，却也充实幸福，我用一千多个日夜来圆满憧憬了十年 的浙大梦。终于完成了毕业论文，站在了求学旅程的终点线前。回顾这三年，收 获竟是如此丰盛，谨以此文，感谢那些为我的论文贡献力量的人们。 首先要感谢我最敬爱的钱秀莹老师。做研究的过程并不顺利，我会沮丧、慌 乱，有时甚至失去信心，钱老师总是那么温和、乐观，四两拨千斤，就能把看似 复杂的问题变得条理明晰。老师适时的指点总能给迷惘中的我以希望，让我能安 心地往自己的方向继续走下去。加入老师的实验室，我是幸运的。实验室里还有 一群博学、友善的同门：万群学长对心理学各领域前沿研究动态的无所不知令人 佩服，夏琼、王作书、付凯峰、方芳、黄泽军、刘颖仪你们严谨的治学态度是我 很好的学习榜样，谢谢你们为我的研究出谋划策。 感谢林苗连续熬夜帮我编程，就在我以为无法实现快要放弃的时候她居然坚 持并解决了程序问题，完整呈现了我的构想。感谢杨柯，陪我一起蹲实验室读书， 帮我联系被试，为我开解烦恼，不仅是同门，更是一辈子的好友。感谢杨埸的义 气相挺，自己要做毕设同时也在申请出国，在百忙中还编了我毕设的实验一、二， 甚至帮我完成了相当部分的施测，只要我遇到困难，她总会第一时间出现，让我 很感动。感谢身在美国的廖，利用国外的资源帮我查文献资料，国际长途总来得 那么及时，听我絮絮叨叨。感谢王萍姐姐，从保送到毕业，接到我数次哭泣的电 话，最了解我的烦恼，一路为我护航。 感谢舍友晓洁、李资、海燕、楠楠、晶晶、旦旦，有缘同住，朝夕相处，我 们分享欢乐，相互扶持，共同成长。感谢十年的老友攻、余、莉洁、昊颖、文捷， 不同专业，却有同样无条件的支持感谢华师的朋友们，与你们交流受益匪浅。 想到有这么多的朋友，心里满满都是温暖和感恩，拥有这些真诚的情谊，才是我 最大的财富，才是我完满修成学业的最坚强动力 当然，还要谢谢我的父母，容忍我的任性，还要承受我的情绪崩溃。谢谢我 的外公外婆，给了我的安全感。谢谢我的表哥表弟，你们是最懂我的家人。 谢谢捷，陪我走过一段艰辛而美好的路程。 未来的日子，带着你们的祝福，相信我会走得更远，走得更坚定。 陈潇二零一零年四月于浙大西溪 n i 浙江人学硕士学位论文 相关研究概述与问题的提出 1 相关研究概述与问题的提出 视觉搜索是研究视知觉加工及注意机制的常用实验范式，它通过测定在由目 标和干扰子组成的刺激界面中对目标的搜索效率来考察知觉系统加工处理视觉 信息的过程和原理。视觉搜索的效率主要以搜索时间、正确率，以及搜索时间关 于刺激项目数的函数的斜率( s l o p e ) 为指标。 传统研究者根据斜率的不同，把视觉搜索任务分为两类。一类是平行搜索， 对所有刺激项目数的加工都是同时进行的，项目数的多少对搜索目标的时间影响 不大，斜率约为1 0 毫秒项目或更小；另一类是序列搜索，依次逐个加工刺激项 来做出对目标的判断，项目数越多，加工时间越长，搜到目标即终止加工，搜完 所有项目才能判断无目标，因此有目标的搜索斜率约为2 0 3 0 毫秒项目，无目 标的搜索斜率约为4 0 6 0 毫秒项目，二者比值约为2 ：1 。n e i s s e r 提出了视觉加 工的两阶段理论来解释搜索任务的不同类别：视觉系统首先是对视野内全部刺激 进行同时加工，此时无需注意参与，为前注意阶段，随后注意指向有限视野内局 部范围或客体进行第二阶段加工。平行搜索任务中目标具有某些基本特征，视觉 系统的加工达到自动化水平，在前注意阶段即可完成，而序列搜索任务的刺激较 为复杂，例如多个特征的联合搜索，需要第二阶段的注意参与整合处理，给出判 断。( n e i s s e r ，1 9 6 3 ；t r e i s m a n & s o u t h e r ，1 9 8 5 ) 1 9 9 8 年w o l f e 回顾了大量的前人研究，分析了超过一百万次试验的数据， 发现斜率值的分布为单峰曲线，也就是说平行搜索和序列搜索不存在严格的区分 界线，从高效的搜索到低效的搜索更符合连续体的分布形态。( w o l f e ，1 9 9 8 ) 这 一结论引起了人们对视觉搜索机制更多的研究和探讨。 同时，w o l f e 也强调，虽然没有明确的平行和序列搜索的分界，但不表示视 觉搜索任务都没有区别，高效和低效搜索仍然存在。某些条件下，在干扰子b 中搜索目标a 的效率与在干扰子a 中搜索目标b 的效率会出现差异，这种现象 被称为视觉搜索的非对称性。研究非对称性的原因和条件是理解视觉搜索过程的 重要途径。 1 1 视觉搜索非对称性的相关理论 1 1 1 特征整合理论观点 t r e i s m a n 最早对视觉搜索不对称现象进行系统研究。( t r e i s m a n ，1 9 8 5 ) 她 1 浙江大学硕士学位论文相关研究概述与问题的提出 用圆形和带垂直线的圆作为实验材料( 图1 1 ) ，发现当日标是带垂直线的圆时搜 索速度很快，不受作为干扰的圆形的数量多少的影响，而当目标是圆形时搜索速 度较慢，且随着干扰数量增加，所用时间也有显著增加，尤其在无目标的条件下 效率差异更为明显，这是典型的搜索非对称现象。用三角形替代圆形也有相似结 果。她还研究了在圆形与带缺1 2 1 的圆互为目标、干扰时的搜索效率以及缺1 2 大小 的影响，结果显示在圆形中搜索带缺1 2 的圆效率比相反情况更高，该效应不受干 扰数目和缺1 2 大小的影响。 图卜1 经典非对称视觉攫累任务范式( t r e i s m a n ，1 9 8 5 ) 对此，t r e i s m a n 用注意特征整合理论的观点进行阐释。理论认为视觉加工 过程分为两个阶段：首先是特征登记阶段，相当于前注意阶段，此时人几乎不需 要努力，甚至意识不到它的发生。视觉系统从外界刺激中抽取特征，是一种平行 的，自动化的加工过程，该阶段只检测独立的特征，不检测特征之间的关系，这 些特征处于自由漂浮状态( f r e e f l o a t i n gs t a t e ) 。知觉系统对各个维度的特征进行 独立编码，这些个别特征的心理表征叫特征地图。其次是特征整合阶段。知觉系 统把各独立的特征联系起来，形成物体的完整表征。此阶段要求对特征进行定位， 即确定特征的边界位置，产生位置地图。这一阶段中注意发挥类似胶水的功能， 把原始的、彼此独立的特征整合为一个单一的物体，处理过程比前注意阶段慢， 是一种非自动化的、序列的加工。( t r e i s m a n ，1 9 8 0 ) 在视觉搜索中，当与干扰 子相比，目标具有某一独有特征时，在激活特征地图的前注意阶段就可以探测到， 属于平行加3 2 ；但当目标缺少了周围干扰子都具有的某项特征时，就需要集中注 意力，对探测到的特征进行定位，才可找出缺少该特征的目标，属于序列加工。 这时搜索的非对称现象就产生了。 2 浙江大学硕士学位论文 相关研究概述与问题的提出 利用非对称视觉搜索范式能够鉴别早期视觉加工中的基本特征。研究表明， 在静止的干扰子中搜索运动的目标，其效率高于在运动的干扰子中搜索静止的目 标，运动是一种基本特征。( r o y d e n ，w o l f e ，& k l e m p e n ，2 0 0 1 ) 在垂直方向的干 扰子中搜索倾斜的目标，比相反的情况下效率高，倾斜的方向是一种基本特征 ( f o s t e r & w a r d ，1 9 9 1 ；w o l f ee ta 1 ，1 9 9 2 ) r , z i s t j a n s s o n 和t s e 用隆起的图形和椭 圆形互为目标与干扰子( 如图1 2 ) ，人们能更快地在椭圆中搜到隆起的图形，他 们认为其中的基本特征是曲线的不连续性。( r a i s t j a r l s s o l l & t s e ，2 0 0 1 ) 图卜2 曲线不连续的非对称视觉搜累任务( k r i s t j a n s s o n t s e ，2 0 0 1 ) 某个维度上特征值的多少不同也是搜索不对称的原因之一，特征值较大的目 标更加容易搜索。例如在短线段中搜索长线段比反之容易，深灰色目标比浅灰色 容易搜索。( t r e i s m a n & g o r m i c a n ，1 9 8 8 ) 有一类特征称为可替代性特征。例如颜色，红色、绿色的目标搜索效率都相 当高，没有显著差异，这是物体的必有属性，不是红色的，就会是绿色或其他颜 色的，并非是有一无的绝对关系，这种可替代特征的不同，不会产生搜索不对称 现象。( t r e i s m a n & s o u t h e r , 1 9 8 5 ) 然而后来的研究发现在红色干扰中搜索橙色目 标比反之快，t r e i s m a 对此解释为橙色比红色多了黄色这种特征，颜色也归为基 本特征之一。( t r e i s m a n & g o r m i c a n ，1 9 8 8 ) 特征整合理论用基本特征的存在与否来解释搜索不对称现象，大量的实验致 力于此观点的验证或修改，主要的争论点在于什么是基本特征。迄今并没有对基 本特征的明确定义，例如圆与带缺口的圆实验中，可以说后者比前者多了连通性 ( 缺口) 这个特征，却也可以认为是前者比后者多了封闭性这个特征，对搜索效 率无法很好预测。而且随着研究范围的扩大，不断有新的基本特征被发现，再用 浙江入学硕士学位论文相关研究概述与问题的提出 其来解释搜索不对称现象，陷入循环论证的逻辑，这也是该理论推广进程中遇到 的瓶颈。 1 1 2 基于熟悉性的观点 有一系列的实验利用特征等同的刺激作为目标和干扰子材料，比如用字母或 数字和它们的镜像，正立和倒立的人的面孔，三维立体的形状与任意角度旋转后 的物体，区别只在于人们对它们的熟悉程度，研究结果一致表明，在熟悉的干扰 子中搜索不熟悉的目标比反之容易，熟悉程度是产生不对称性的重要因素。( f r i t h , 19 7 4 ；r e i c h e re ta 1 ，19 7 6 ；k u e h n & j o l i c o e u r , 1 9 9 4 ；e n n s & r e n s i n k ，19 91 ；s u n & p e r o n a , 1 9 9 6 ) 关于熟悉性的影响，早期研究者分别改变不同的目标、干扰子的熟悉度以测 试搜索效率，认为在搜索过程中，熟悉的干扰子能够更快地被排除，加快搜索进 程，而目标的熟悉度不同并未造成搜索效率的变化。( r e i c h e re ta 1 ，1 9 7 6 ) 1 9 9 4 年，w a n g 等人开始用搜索非对称范式探讨熟悉性的问题。熟悉的材料 是字母n 与z ，不熟悉的材料是它们的镜像啊与s ，发现在熟悉的干扰中搜不熟 悉的目标比反之容易。随后的实验中，目标和干扰都是熟悉的( 5 与己) ，或者都 是不熟悉的( i m 与l j l ) ，结果两种条件下搜索效率都不高。由此研究者认为，目 标与干扰子熟悉程度上的差异是搜索不对称的原因，熟悉性的加工在前注意阶 段，可看作刺激的一项基本特征。( w a n ge ta 1 ，1 9 9 4 ) 2 0 0 1 年有研究者采用汉字及其旋转或镜像作为实验材料( 如图1 3 ) ，被试 分别为熟识中文的中国人和不认识汉字的加拿大人。在严格控制了特征的相同性 和熟悉度的不同的条件下，加拿大人对不熟悉的汉字及其镜像的搜索没有出现不 对称性，而中国人在熟悉的汉字中找不熟悉的镜像的效率显著高于相反情况。实 验四中，用汉字古或其1 8 0 度旋转后的“早”作为目标，用汉字“叶”或其1 8 0 度旋转后的“巾”作为干扰子，结果显示中国人被试在干扰子熟悉的条件下搜索 效率高于干扰子不熟悉的条件，目标的熟悉性不同对效率的影响不明显。这一发 现修正了w a n g 的基于目标干扰子熟悉度差异的因素说，提出影响搜索效率的 关键在于干扰子的熟悉性的论断。在一幅搜索情境中，干扰子比起单一的目标， 占了绝大部分的视觉空间，作为干扰子时，熟悉的刺激于认知系统能较快地识别 并予以排除，相对地，如果是不熟悉的刺激作为干扰子，则知觉系统要耗费较长 4 浙江大学硕士学位论文相关研究概述与问题的提出 的加工时间才能识别，于是产生了搜索效率上的差异。( s h e n & r e i n g o l d ，2 0 0 1 ) 图卜3 汉字及其镜像的视觉搜索非对称性任务( s h e n r e i n g o l d ，2 0 0 1 ) 另一方面，在汉字及其镜像的搜索中，加拿大人组的搜索效率普遍高于中国 人组，这与熟悉性便于刺激加工的说法不符。在目标和干扰子都不熟悉的条件下， 只能根据特征差异来识别，熟悉性的增加反而阻碍了搜索速度。这个结果用基于 熟悉性的观点目前还无法很好解释。此外，熟悉性的量化也还没有明确的指标和 技术，在熟悉性相近的不同刺激间搜索效率如何，这些都是该观点无法预测的， 基于熟悉性的观点对视觉搜索非对称现象的解释效力仍显不足。 1 1 3 原型一偏离假说的观点 t r e i s m a n 在特征整合理论的基础上结合基于熟悉性的理论提出了原形一偏 离假说的观点来解释非对称视觉搜索现象。她认为在基于熟悉性的研究中使用的 字母、数字的镜像或旋转刺激是字母、数字这类原型的偏离刺激，偏离的刺激比 它的原型在视觉加工过程中引起更大的激活，在激活相对较低的熟悉的干扰中搜 索高激活的不熟悉目标，自然比在都是高激活的不熟悉干扰中搜索激活低的熟悉 目标来得快速有效。( t r e i s m a n & g o r m i c a n , 1 9 8 8 ) 这个说法是有争议的首先，“原型”这个概念不明确，什么是原型? 原型 如何生成? 两种刺激，例如同样是字母的o 和q ，如何界定一个是原型而另一 个就是它的偏离? 这些都没有很好地给出界定法则。其次，“激活”是一种笼统 的表述，激活了什么? 如果是神经系统的某区块，那么至少目前尚缺乏相关的脑 机制研究。最后，它无法解释同样是原型或偏离的刺激搜索效率却大不相同的现 象。 1 2 视知觉的相关信息论观点 1 2 1 信息论与心理学研究 浙江大学硕士学位论文 相关研究概述与问题的提出 信息论最初是美国数学家c e s h a n n o n 为解决通讯技术中的信息编码问题， 提出把发送和接受信息作为一个整体的通讯过程来研究的理论模型。物理学家 l b r i l l o u i n 、神经生理学家w b a s h b y 等科学家们的研究，把信息论推广到经济、 管理和社会其他领域，研究信息的本质和特点及其接收、计算、传递、存储、加 工和利用等一般规律。( s h a n n o n ，1 9 4 8 ) 根据s h a n n o n 的定义，信息是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。量 度信息多少的物理量叫信息量，它是预测某一事件发生需要获得信息的量，计量 单位为比特( b i t ) 。信息量与它所代表的事件的随机性或各事件发生的概率有关， 事件发生的概率大，事先容易判断，不确定程度小，则包含的信息量就小；反之 则大。从这一点出发，信息论利用统计热力学中熵的概念，建立了信息量的计算 方法。s h a n n o n 提出信息量计算公式：h ( x ) = p ( x i ) h ( x i ) = 一p ( 如) 木l 0 9 2 p ( x i ) 。其 中p ( x i ) 表示某状态x i 发生的概率，h ( x i ) = - - l 0 9 2 p ( x i ) ，表示该状态的不确定性或 所含的信息量。若p ( x j ) = l ，则h ( x i ) = 0 ；若p ( x o = o ，则h ( x 0 = ；当n - - 2 ，且 p l = p 2 = 1 2 时，h ( x ) = 1 比特。因此一个等概率的二择一事件具有1 比特的信息量。 由公式可以推导，不确定性越大的事件，其含有的信息量越大，不确定性是信息 量计算的基础。 在这种理论的影响下，b r o a d b e n t 开始运用信息加工观点来处理人的知觉和 注意以及信息通道等心理学问题，不仅是雷达等设备，人也可以认为是接收、转 换、输出信息的处理器。认知心理学派把信息论看作揭示人类行为规律的有效工 具。 1 2 2 视知觉领域的信息论观点 f r e d a t t n e a v e 是将信息论用于心理学现象的研究的代表人物之一。1 9 5 4 年， 他利用信息论的概念和技术阐释了视觉加工外界刺激的机制。( a r n e a v e ，1 9 5 4 ) 他认为，大多数从外界接收到的视觉信息是冗余的，即从一部分可以很好地预测 别的部分，不确定程度小。例如我们对下面这幅图的知觉加工( 图1 - 4 ) ，把图分 为5 0 * 8 0 共4 0 0 0 个方格，从左下角开始依序往右上角扫描，视觉系统根据已知 的方格猜测下一块方格的颜色，那么在同一种颜色的区域内猜测的结果是一致、 稳定而且准确的，但是到了两种颜色区域的交界处出错的次数会明显增多，出现 了难以预测的变化，也就是说，在图形中的边界处不确定性增加。图形的不可预 6 浙江大学硕士学位论文相关研究概述与问题的提出 测的变化就是不确定性，不确定性正是计算信息量的依据，因此图形信患量的计 算正是基于这种不可预测的变化。由此可以得出，图形信息量集中在物体的轮廓， 尤其是轮廓中那些方向突然改变的拐点上，含有更多不可预测的变化的图形，其 信息量更大。同时，研究者认为具有相似性、连续性、接近律等良好格式塔的刺 激都具有很高的内部冗余度，视知觉系统的重要功能就是按照一定的规则减少冗 余度，以更经济的形式编码外界传入的信息。 图卜4 知觉加工扫描过程不葸图( a t t n e a v e ，1 9 5 4 ) 为之前难以定量研究的知觉情境提供准确可行的技术方法，是信息论用于心 理学研究的显著优势。 1 3 实验假设 特征整合理论、熟悉性、原型偏离假说等已有理论或观点对视觉搜索非对 称性机制的阐释各自存在不太完善之处，对现象的解释也有一定局限性。信息理 论从定量研究的角度描述视知觉的加工过程，为视觉搜索非对称现象提供了新的 考虑角度。 本研究从信息论观点出发，重新审视视觉搜索非对称现象，意图说明信息论 不仅能涵盖绝大部分前人研究现象的解释，整合上述几种传统观点，还能够对先 前理论中无法说明的非对称搜索任务做出好的预测和阐释。 实验一假设信息论相关观点能够解释基于熟悉性理论、原型偏离假说不能 说明的视觉搜索非对称现象；实验二假设信息论相关观点能够解释特征整合理论 不能说明的视觉搜索非对称现象；实验三初步探讨信息论的核心概念一一不确定 性对视觉搜索的影响。 7 浙江大学硕士学位论文 实验一 2 实验一非对称搜索的熟悉性假设与信息论解释的比较研究 2 1 实验目的 通过控制信息量与熟悉性的不同水平，研究二者对视觉搜索效率的影响。 2 2 实验设计 多因素被试内2 * 3 * 2 设计：搜索目标( 国国) 、刺激项目数( 6 9 1 2 ) 、目 标是否出现( 是否) 。 2 3 实验方法 2 3 1 被试 招募的被试为浙江大学1 1 名在校大学生，5 名男生6 名女生自愿参加实验， 所有被试矫正视力正常，事先不知道实验相关内容，结束后获得一定报酬。 2 3 2 实验仪器与材料 实验仪器为一台p e n t i u m i v1 6 gh z 计算机，显示器为1 7 英寸真彩色、分 辨率为1 0 2 4 7 6 8 的屏幕，刷新率7 5 h z 。被试与屏幕距离约4 0 厘米，在安静的 实验室内分别独立完成实验。 实验刺激用真的汉字“国”以及去掉一点后的假字“国”互相作为目标和 干扰子，边长0 8 厘米。按照每组实验的刺激项目数设置不同，随机呈现在屏幕 中央8 厘米木8 厘米的范围内，例如项目数为9 时，9 个刺激任意分布在呈现区域 6 4 个位置中的9 个上( 类似8 * 8 矩阵) ( 图2 - 1 ) 图2 - 1 实验一的刺激材料示意图。 左：项目数为9 ，目标为“国”；右：项目数为9 ，目标为“国” 8 浙江大学硕士学位论文 实验一 2 3 3 实验程序 实验使用心理实验软件e p r i m e 2 0 版本编程。 每次试验开始之前，屏幕中央呈现5 0 0 m s “+ 作为注视点，提示新的试验 即将开始。紧接着呈现刺激界面，被试的任务是判断有无目标出现，有的话按“f ” 键，没有则按“j ”键，按键之后或者超过4 0 0 0 m s 无按键则刺激消失，屏幕空白 1 0 0 0 m s ，再出现5 0 0 m s “+ 进入下一次试验。要求被试在保证准确的基础上尽 快地作出反应。1 2 种处理水平每种重复4 0 次，共4 8 0 次试验。根据搜索目标不 同分为两组，每组2 4 0 次，随机呈现不同处理水平的试验，4 8 次为一节，每节 之间可休息。程序自动记录被试的正确率和反应时间。正式实验之前进行1 5 次 练习，数据不计入结果的统计分析。 2 3 4 数据处理 采用统计软件s p s s1 7 0 进行数据处理，以实验记录被试的反应时和正确率 为因变量进行分析。 2 4 结果与分析 1 1 名被试对不同目标的搜索正确率均达到9 5 以上，搜索有效。 2 4 1 不同目标对搜索效率的影响 根据搜索目标不同将结果分为两组进行配对t 检验，结果见表2 1 。目标为 真字“国”时需要的反应时间比目标为假字“国”时的反应时间少，达到极其 显著差异，p 0 0 1 。 表2 - 1 不同目标的搜索反应时( 单位：毫秒) 2 4 2 刺激项目数对搜索效率的影响 如图2 2 ，不论目标是哪个，随着刺激项目数的增加，反应时都增加，其中 目标为“国”时平均斜率是6 8 8 6 毫秒项目，目标为“国”时平均斜率是9 0 7 2 毫秒项目。随着项目数的增大，“国”的搜索受到更大的影响。 9 浙江大学硕士学位论文 实验一 1 8 0 0 1 6 0 0 0 1 4 0 0 皇 _ ，1 2 0 0 基1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 69 刺激项目数 图2 - 2 刺激项目数对搜索效率的影响 2 4 3 有无目标出现对搜索效率的影响 比较出现目标和不出现目标时分别的搜索反应时，见图2 3 ，目标未出现的 反应时比有出现的显著长，p o 0 1 。 2 5 0 0 2 0 0 0 兽1 5 0 0 鲁 聋1 0 0 0 谜 5 0 0 0 691 2 刺激项目数 图2 - 3 目标有无出现对搜索效翠的影响 2 4 4 三个因素交互作用分析 采用重复测量方差分析方法，对目标类型、目标有无出现、刺激数目三个因 素的数据进行处理。结果见表2 2 ，三种因素分别的主效应均显著，p 值都为0 0 0 0 ， 目标是“国”比目标是“国”的搜索效率高，有目标出现的情况比目标未出现 的搜索效率高，刺激项目数越少，搜索效率越高。 目标类型与出现与否有显著交互作用，p = o 0 0 0 。无目标出现时，对假字的 搜索慢于对真字的搜索，目标出现时，二者的搜索效率相近。 1 0 浙江大学硕士学位论文实验一 目标类型与刺激项目数有显著交互作用，p = 0 0 0 0 。对假字的搜索随着刺激 项目数的增加，反应时间有更加明显的增加。 目标有无出现与刺激项目数有显著交互作用，p = 0 0 0 0 。目标未出现的条件 下，随着刺激项目数的增加，搜索时间有非常显著的增加。 目标类型、目标有无出现和刺激项目数三者有显著交互作用，p = 0 0 0 0 。在 有1 2 个刺激项目，对假字的搜索中，目标没出现的条件下搜索效率最低。而在 6 个刺激项目中搜索真字，且有目标出现的条件下搜索最为高效。 表2 2 实验一不同条件下搜索效率的重复测量方差分析 2 5 讨论 本实验利用了视觉不对称搜索范式。当“国”与“国”互为目标和干扰子 的条件下它们的搜索效率有显著不同，对“国”的搜索明显要好于“国”的搜 索。 “国”是常见的汉字，而“国”是人造的假字，我们对前者的熟悉度明显 高于后者，根据w a n g 等人基于熟悉性的观点，在熟悉的项目中搜索不熟悉的项 目比相反的情况效率更高，对假字的搜索快于对真字的搜索。但是本实验的结果 与此相反，被试对真字的搜索更快。另一方面，根据t r e i s m a n 的原型偏离假说， 汉字是母语为汉语的人认知中已有的原型，假字则是原型经过加工、变形后的偏 离，会引起更大的激活，因此对偏离的搜索应该更有效，这种推测也与实际数据 相背离。 浙江大学硕士学位论文 实验一 t r e i s m a n 的特征整合理论能够解释这一结果，“国”比“国”在右下部分 多了一个点的基本特征，搜索多一项特征的目标更为容易。同时，用f r e d 的信 息论相关观点，实验所用的图形刺激，真字比假字多了一个点，这个点是图形中 一处不可预测的变化，我们在以推测的方式知觉真字的时候出现差错的几率变 大，不确定性增加，真字的信息量更大。作为目标时，可以较快地察觉做出反应， 作为干扰时，会因占用了较多的加工资源而阻碍对其他目标的探测。 实验一支持了特征整合理论与信息论的观点，对基于熟悉性的观点和原型 偏离假说提出了质疑。下面的实验，利用信息量不同的可替代性特征作为刺激材 料，将特征整合理论和信息论区分开来，对搜索不对称的机制进行进一步研究。 1 2 浙江大学硕士学位论文 实验二 3 实验二非对称搜索的特征整合理论与信息论解释的比较研究 3 1 实验目的 通过控制特征和信息量的不同水平，研究二者对视觉搜索效率的影响。 3 2 实验设计 多因素被试内2 * 3 * 2 设计：搜索目标( 圆角菱形尖角菱形) 、刺激项目数 ( 6 9 1 2 ) 、目标是否出现( 是否) 。 3 3 实验方法 3 3 1 被试 招募的被试为浙江大学1 1 名在校大学生，5 名男生6 名女生自愿参加实验， 所有被试矫正视力正常，事先不知道实验相关内容，结束后获得一定报酬。 3 3 2 实验仪器与材料 实验刺激用直角菱形( 尖角) 以及圆角菱形互相作为目标和干扰子边长约 0 8 厘米。( 如图3 - 1 ) 呈现方式及实验仪器同实验一。 图3 - 1 实验二的刺激材料示意图。 左：项目数为9 ，目标为圆角菱形；右：项目数为9 ，目标为直角菱形。 3 3 3 实验程序 除指导语将搜索目标改为尖角菱形或圆角菱形外，其余实验流程与实验一相 同。 3 3 4 数据处理 采用统计软件s p s s1 7 0 进行数据处理，以实验记录被试的反应时和正确率 为因变量进行分析。 1 3 浙江大学硕士学位论文 实验二 3 4 结果与分析 1 1 名被试对不同目标的搜索正确率均达到9 5 1 , , 上，搜索有效。 3 4 1 不同目标对搜索效率的影响 根据搜索目标不同将结果分为两组进行配对t 检验，结果见表3 - 1 。目标为 直角菱形的反应时间比目标为圆角菱形的反应时间少，且有显著差异，p = o 0 1 0 。 表3 - 1 不同目标的搜索反应时( 单位：毫秒) 3 4 2 刺激项目数对搜索效率的影响 如图3 2 ，刺激项目数越多，需要的搜索时间越长，用单因素方差分析， p = o 0 1 4 。其中目标尖角条件的平均斜率为2 3 1 9 毫秒项目，目标圆角条件的平 均斜率为2 8 3 9 毫秒项目。 8 0 0 7 4 0 富 二6 8 0 伊 缸 翅 呕6 2 0 镁 辎5 6 0 5 0 0 6 91 2 刺激项目数 图3 - 2 刺激项目数对搜索效率的影响 3 4 3 有无目标出现对搜索效率的影响 不论是搜直角菱形还是尖角菱形，目标有出现的搜索时间显著快于目标没有 出现的条件，p - = o 0 1 3 ( 图3 3 ) 1 4 浙江大学硕十学位论文实验二 1 2 0 0 1 0 6 0 09 2 0 7 毯7 8 0 呕 羹6 4 0 5 0 0 691 2 刺激项目数 图3 - 3 有无目标出现对搜索效率的影响 3 4 4 三个因素交互作用分析 采用重复测量方差分析方法，对目标类型、目标有无出现、刺激数目三个因 素的数据进行处理。结果如表3 2 显示，三种因素分别的主效应均达到显著水平。 对尖角圆角搜索的时间差异显著，p = o 0 1 0 ；目标出现与不出现条件下的搜索时 间差异极其显著，p = o 0 0 0 ；刺激数目不同对搜索时间影响极其显著，p = o 0 0 0 。 表3 - 2 实验二不同条件下搜索效率的重复测量方差分析 刺激项目数与目标有无出现产生交互作用，p = o 0 0 0 。无目标出现的情况下 随着刺激数量的增加搜索时间有明显增加，而有目标出现时搜索时间随刺激数量 增加而增加的趋势不显著。 目标类型与目标有无出现产生交互作用，p = o 0 1 5 对圆角菱形中，无目标 出现的反应时大于有目标出现的条件，对直角菱形的搜索中，目标有无出现造成 的反应时差异略小。 浙江大学硕士学位论文实验二 日标类型与刺激项目数的交互作用不显著，p = 0 。1 0 4 。 三个因素有显著交互作用，p = 0 0 4 2 。搜索最高效的条件是对尖角菱形的搜 索，有6 个刺激项目，且目标有出现的情况；搜索目标为圆角菱形、刺激项目有 1 2 个，且无目标出现时搜索效率最低。 3 5 讨论 同实验一，实验二也体现了视觉搜索的非对称性。在其他变量都控制的条件 下，对直角菱形的搜索效率显著好于对圆角菱形的。 菱形四个角为直角或圆角，这是一种可替代性特征，类似颜色中的红色、绿 色的关系。t r e i s m a n 的特征整合理论认为这样的特征在互为目标和干扰子时搜索 是对称的。( t r e i s m a n & s o u t h e r , 1 9 8 5 ) 实验结果不符合该观点。 用f r e d 的信息论观点更好理解这种非对称性：圆角的弧度变化具有一定规 律，可以通过推导来预测；而尖角突然地改变了线段方向，这种变化难以预测， 增加了不确定性，使得尖角菱形比圆角菱形具有更大的信息量，因此作为目标时， 尖角可以较快地被搜索到，作为干扰则阻碍对其他目标的探测。 通过实验一、二，我们发现，特征整合论、基于熟悉性理论、原型偏离假 说等对搜索不对称现象的解释具有局限性，而信息论观点似乎在更大范围内普遍 适用。下面的实验，进一步研究信息论中的核心概念一一不确定性对视觉搜索效 率的影响。 1 6 浙江大学硕：l ：学位论文实验三 4 实验三不确定性对非对称搜索的影响研究 4 1 实验目的 通过控制刺激的不确定性，研究其对视觉搜索效率的影响。 4 2 实验三第一部分 4 2 1 实验设计 多因素被试内2 * 3 * 2 设计：搜索目标( 直角菱形正五边形) 、刺激项目数 ( 6 9 1 2 ) 、目标是否出现( 是否) 。 4 2 2 被试 招募的被试为1 0 名在校大学生，5 名男生5 名女生自愿参加实验，所有被 试矫正视力正常，事先不知道实验相关内容，结束后获得一定报酬。 4 2 3 实验仪器与材料 实验刺激用边长为o 8 厘米的正方形的内接正五边形和直角菱形( 正四边形) 互相作为目标和干扰子。( 图4 1 ) 呈现方式及实验仪器同实验一、二。 图4 - 1 实验三第一部分刺激材料示意图。 左：项目数为9 ，目标为正五边形；右：项目数为9 ，目标为正四边形。 4 2 4 实