不同先定概率下重量的鉴别-信号检测论应用实践

1、不同先定概率下重量的鉴别信号检测论应用实践【摘 要】本实验用不同重量刺激作为“信号”和“噪声”，随机呈现。根据被试的击中率和虚报率计算辨别力d和判定标准并绘制出操作者特性曲线（ROC曲线）。通过该实验我们能测定和比较不同先定概率下被试的辨别力和判定标准，学习信号检测论有无法。结果发现，被试决策标准在不同的先定概率下并未产生较大的变化，这与实验假设不一致，实验结果有可能受到被试的情绪和个性特质等的影响。【关键词】先定概率 信号检测论 ROC曲线 有无法1 引言1.1 问题的提出 传统的心理物理法研究感受性的大小，往往会受到被试反应的主观因素干扰，本实验使用信号检测论的有无法探讨被试在不同的先定概

2、率下其判断标准的变化情况。通过对重量鉴别实验的掌握，进而学习信号检测论的有无法。1.2 理论背景 信号检测论（Signal Detection Theory，SDT）是现代心理物理学最重要的内容之一。它是信息论的一个分支，其研究对象是信号传输系统中信号的接收部分。它最早用于通讯工程中，即借助于数学的形式描述“接收者”在噪声背景中信号的接收问题。在阈限问题上，传统的心理物理法无法把感受性的测量和被试的动机态度等主观因素所造成的偏好区分开，因此发展到后期，几乎所有矛盾都指向阈限概念的不可靠性，这为信号检测论被引入心理学奠定了基础，因为它能解决这一传统心理物理学所无法解决的问题。1954年密西根大学

3、的W.P.Tanner和J.A.Swets等人首先将SDT引进心理学领域，应用于感知觉研究。目前，SDT作为一种新的心理物理学方法正广泛地应用于心理学研究的各个领域，现已扩展到记忆、思维、个性研究等领域。我国实验心理学家杨治良先生对信号检测论在心理学中的应用作出了高度评价，称其为“现代心理物理学方法”。信号检测论引入了决策标准（），即反应偏向的指标，使得传统心理物理法中无法检测到的被试的主观偏向性得以上升到数据分析的实证层面上。并进而，验证了非感觉因素等对于被试判断的影响。决策标准的给我们提供了很多信息，由于是独立于感觉之外的，因而，对于决策标准的研究，也就带来对于人类在某些情形下的判断、感觉

4、倾向进行的相应的探讨与研究。在结果中，较高，则较易做出肯定判断；反之，则较易做出否定判断。决策标准存在着个体差异，但是，都会受到一些因素的影响。其中，先定概率就是一个重要的因素。先定概率指在刺激呈现过程中，信号与噪音的相对比例关系。影响着被试在反映时的判断，若信号的先定概率较高，那么，当被试发现这一概率之后，就会在难以做出明确判断时，产生了一定的反应倾向性，进而，导致了感受性在结果中的差异，与真实的判断水平的偏离。接受者操作特性曲线（ROC曲线），是以虚惊概率为横轴、击中概率为纵轴所组成的坐标图，和被试在特定刺激条件下由于采用不同的判断标准得出的不同结果画出的曲线。 本实验主要想通过重量的鉴别

5、，探讨不同先定概率下的判断标准，并预期会得到被试在不同先定概率下存在差异的决策标准。2 方法2.1 被试 华东师范大学心理系本科生2.2 材料 EPT512重量鉴别器，其中100克，88克，92克，96克各一个。2.3 仪器 EPT713迷宫（作为挡板），华东师大科教仪器厂生产。2.4 程序2.4.1 主试把96克，92克，88克分别让被试比较10次，选出一个在10次比较中7或8次觉得比100克轻的作为信号刺激，100克作为噪音。2.4.2 主试按下列三种不同的SN和N出现的先定概率安排实验顺序：P(SN)=20、P(N)=80,P(SN)=50、P(N)=50,P(SN)=80、P(N)=2

6、0。每种先定概率做100次（分两轮）。2.4.3 指导语是：实验开始时请你闭上眼睛，优势手手心向上。每次实验我会放一个小盒子在你手上。请你根据盒子重量的感觉告诉我是信号还是噪音。每50次实验前我会多次在你手上试放，并告诉你哪个是信号哪个是噪音，你要记住它们的区别。同时我还会告诉你下面这50次实验中信号出现的概率。实验要做很多遍，你要认真判断。2.4.4 每50次实验开始前，主试都要让被试熟悉信号（SN）和噪音（N）的区别，同时告诉被试这50次中信号出现的概率。接着实验开始，主试给被试重量刺激。举例：记录表中第一大列0.50概率。第一次主试呈现信号刺激，被试回答“信号”，则主试记录“+”，第二次

7、呈现信号，被试回答“噪音”则记录“”，第三次呈现噪音，回答“噪音”则记录“”，第四次呈现噪音，回答“信号”，则记录“+”。总之，主试按随机原则呈现信号和噪音，只要信号的呈现次数满足先定概率既可以（本例0.50，25次，而在0.20概率中，呈现信号10次），每做完50次，休息3分钟，然后告诉被试下面要做实验的先定概率及让被试再次熟悉信号和噪音的区别。之后重复上述方法测试，直至做完300次为止。两次呈现刺激时间间隔应大于3秒。2.4.5 被试闭眼用优势手接受刺激，被试提举重量时，提的高低快慢要前后一致，并根据自己的判断报告“信号”或“噪音”。3 结果与分析3.1 根据被试对信号和刺激的报告情况，统

8、计在不同先定概率下其击中、漏报、虚惊和正确拒斥的次数如表1表1 不同先定概率下被试对信号和刺激的实验反应记录先定概率先定概率刺激反应 反应 Y N0.20.50.8SN 7 13N 25 55SN 24 26N 19 31SN 59 21N 16 43.2 以虚惊率为横轴，击中概率为纵轴，得到ROC曲线如图1。图1 ROC曲线3.3 根据表1的结果计算出不同先定概率下的击中概率、虚惊概率，并把各对P（Y/SN）和P（Y/N）相对应的Z值和O值通过PZO转换表查出来，并计算d和，整理出结果如表2。表2 不同先定概率下y/SN和y/N的P、O、Z、d/和先定概率项目y/SNy/Nd0.2PZO 0

9、.650.3850.37050.16-0.9940.24340.111.060.5P0.80.260.301.05Z0.841-0.643O 0.28010.32450.8PZO 0.881.1750.20010.3-0.5240.34780.231.184 讨论4.1 对于d的分析信号检测论有两个重要的独立指标，即辨别力d和决策标准。其中辨别力d是观察者对刺激的感受性的度量。辨别力也叫做敏感性，可以表现为内部噪音分布fN(X)与信号分布fSN(X)之间的分离程度。两者分离程度越大，即d越大，敏感性越高；分离程度越小，即d越小，敏感性越低。信号检测论指标d比较稳定，不受实验条件不同的影响。在实

10、验之前，被试都是被告知了先定概率的，因此会根据先定概率的增加，而调整自己的报告方式。即在被试不确定的情况下，当先定概率增大时，更倾向于报告有信号出现。因此在导致击中概率增加的同时，虚惊概率也有所增加。由表2，随着先定概率的增加，辨别力发生了改变。理论上，辨别力不会受到实验条件的影响，一般只受到刺激种类，刺激强度和个体差异的影响。在本实验中，分析其变化的原因，可能是因为本实验分为了两个阶段进行。由于时间的限制，每次只能做一部分，于是分为了两次，可能导致不同先定概率下对信号辨别的敏感性变化的一个重要原因。4.2 对值的分析判断标准是观察者反应偏向的度量，它会受到各种非感觉因素的影响，包括被试的动机

11、、态度、利害得失等心理因素，以及信号出现的先定概率等。在利益得失的权衡上保持不变的情况下，随着先定概率的增加，当被试不确定信号是否出现时，会更倾向于报告有信号的出现，表现出决策标准的降低。对于本实验的结果，随着先定概率的增加而逐渐降低这一现象是符合信号检测论规律的。当值大于1时，决策标准被认为是比较严格的，当等于1时，则比较适中，而当值小于1时，被试的决策标准被认为是比较宽松的。所以，从本实验结果发现，被试在先定概率为0.2和0.5时，决策标准=1.06和1.05，说明在这两种情形下，被试对于信号的检测是不严不松的，此时被试的回答比较随机；当先定概率为0.8的时候，如果被试不确定信号是否出现，

12、会倾向于报告没有信号，标准有所提高，但还是比较低。对于本实验的值的分析，我们可以发现此被试的判断标准基本没有发生很显著的变化，所以它会受到各种非感觉因素的影响较少，即可以说明被试收到先定概率的影响不显著。4.3 对ROC曲线的分析 在ROC曲线中，对角线被叫做偶然事件对角线。在这条对角线上，被试的辨别力为几乎为0，对于信号和刺激的辨别几乎都是以猜测的形式进行的。与标准的ROC曲线相比，本实验得到的曲线有很明显的不同。分析其原因，先定概率的个数是一个因素。本实验只设定了3种先定概率，因此画出的曲线只是一小段，分布比较窄，因此与标准的曲线是有一定差距的。另外，每一个人都有自己的ROC曲线，被试的动

13、机、态度、利害得失等心理因素都不同，所以每个人的判断标准和辨别力都是不同的。因而，与标准曲线比较，本实验的结果也间接说明了个体差异的存在。4.4 不同被试的ROC曲线与标准的ROC曲线均有略微区别，在实验过后我们有被试进行讨论。发现这与被试的性格，生活作息均有联系。比如被试普遍偏高的，其平时对自己的要求就很严格，是对他人也很严格，并且做事情很认真。4.5 额外变量的分析以及造成结果与假设截然相反的可能解释实验中需要注意的是，选择信号和正式试验的过程中，都只能使用一只手进行，因为两只手对于重量的感受性是存在一定差异的。如向两只手放上同样重量的物体，被试也可能会报告说左手中的物体更重或者右手的重物

14、重，这个是因人而异的。本实验遵循了这一原则，但是，使用一只手也会出现一个问题，实验持续时间比较长，被试的手会感到酸痛，此时她对于信号和噪音的判断是会受到影响的。被试可能会因为肌肉酸痛而使得敏感度降低。另外，在对信号和刺激进行辨别的过程中，被试会通过上下移动来增强感受性，移动的过程中，由于地球引力的存在，会使得信号和噪音刺激都表现出超重和失重的现象，影响被试的判断。再则，一般来说，信号强度都比噪音强度大，而本实验所选的信号强度低于噪音强度，这可能是影响实验结果的又一额外因素。在对被试进行测试后询问时发现，尽管被试明确了解在测试时先定概率变化，但是在进行判断时依然是根据自己的重量感觉进行判断，即被

15、试在先定概率为0.2与0.8时同样是以先定概率为0.5时的判断标准为自己的决策标准。因而，这使得被试没有产生明显的对于信号或噪音的判断倾向性。进一步的询问发现，被试报告实验过程中，自己进行的判断基本都是基于感觉的，几乎很少有难以分清而需要猜测的时刻，因而，也使得被试在实验过程中，排除了较多遇到难以辨别的情况，而依据先定概率作出判断的可能。然而，结合d可以发现一个有趣的现象。尽管被试，报告其判断是依据感觉进行的，但是，根据其d的显著的变化可以发现，被试的刺激与信号鉴别力存在着明显的差异。甚至在先定概率为0.8时，被试的鉴别力出现了负值，即被试错误的再认了两种刺激而产生了报告的明显错误。这足以表明，被试的主观感受未必是与其反应相一致的。亦即传统心里物理法难以解决的感觉阈限测量时，不可避免的主观倾向性因素。总之，额外变量的干扰、被试的主观判断标准以及刺激选取的随机性等，使得此实验结果语假设不一致。5 结论随着先定概率的增加，被试的辨别力d逐渐增加，判断标准逐渐下降。在该实验中，被试的辨别力却没有显著改变。参考文献1 郭秀艳.实验心理学.上海：人民教育出版社，2004.276-2952 欧阳文珍.实验心理学.1998.111-1153 杨治良、王新法.心理实验指导手册.上海