信號(hào)檢測(cè)法實(shí)驗(yàn)報(bào)告

信號(hào)檢測(cè)法實(shí)驗(yàn)王嘉俊、俞偉飛（廣東第二師范學(xué)院）摘要：本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用有關(guān)儀器，通過信號(hào)檢測(cè)法測(cè)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(huì)影響被試的反應(yīng)結(jié)果，隨著先定概率的增大，感受性會(huì)先下降再升高，判定標(biāo)準(zhǔn)會(huì)降低。關(guān)鍵詞：信號(hào)檢測(cè)法范式、先定概率、感受性、判定標(biāo)準(zhǔn)一、引言信號(hào)檢測(cè)論（signaldetectiontheory，簡(jiǎn)稱SDT，或稱信號(hào)偵察論、信號(hào)覺察論）的研究對(duì)象是信息傳輸系統(tǒng)中信號(hào)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(shí)間內(nèi)將摻有噪音的信號(hào)從噪音中辨別出來。信號(hào)檢測(cè)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(gè)信息處理系統(tǒng)，應(yīng)用信號(hào)檢測(cè)論中的一些概念、原理對(duì)它進(jìn)行分析。信號(hào)檢測(cè)論在心理學(xué)中具體應(yīng)用時(shí)，常把刺激變量當(dāng)作信號(hào)，把對(duì)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(shí)的分辨問題等效于一個(gè)在噪音中檢測(cè)信號(hào)的問題，從而便可應(yīng)用信號(hào)檢測(cè)論來處理心理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。信號(hào)檢測(cè)論的理論基礎(chǔ)是統(tǒng)計(jì)決策。信號(hào)檢測(cè)論本身就是一個(gè)以統(tǒng)計(jì)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(gè)可供選擇的方面中選定一個(gè)。人們要想作這樣的決策，必須有一個(gè)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(shí)往往不是對(duì)就是錯(cuò)，因此當(dāng)刺激超過這一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)被試就以有信號(hào)反應(yīng)，當(dāng)刺激達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)被試就以無信號(hào)反應(yīng)。在信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，被試對(duì)有無信號(hào)出現(xiàn)的判斷可以有4種結(jié)果：1.擊中。當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)（SN），被試報(bào)告為“有”，這稱為擊中（hit），以y/SN表示。我們把這個(gè)判斷的條件概率稱擊中的條件概率，以P（y/SN）表示。2.虛報(bào)。當(dāng)只有噪音出現(xiàn)時(shí)（N），被試報(bào)告為“有”，這稱為虛報(bào)（falsealarm），以y/N表示。我們把這個(gè)判斷的條件概率稱為虛報(bào)條件概率，以P（y/N）表示。3.漏報(bào)。當(dāng)有信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，被試報(bào)告為“無”，這稱為漏報(bào)（miss），以n/SN表示。我們把這個(gè)判斷的條件概率稱為漏報(bào)條件概率，以P（n/SN）表示。4.正確否定。當(dāng)無信號(hào)只有噪音出現(xiàn)時(shí)，被試報(bào)告為“無”，這稱為正確否定（correctrejection），以n/N表示。我們把這個(gè)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(bào)的條件概率兩種，即P（y/SN）和P（y/N）。這是因?yàn)槠渌麅蓚€(gè)條件概率是這兩個(gè)條件概率的互補(bǔ)，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(bào)N虛報(bào)正確否定信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)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(hào)。事先主試要規(guī)定在這輪實(shí)驗(yàn)中SN和N呈現(xiàn)的先定概率，并且把判斷結(jié)果的獎(jiǎng)懲辦法以及對(duì)被試的要求一并向被試說明。然后根據(jù)被試對(duì)呈現(xiàn)的刺激回答的4種結(jié)果（見表2）來估計(jì)P（y/SN）和P（y/N）。其計(jì)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(bào)次數(shù)，f3為虛報(bào)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(duì)判斷結(jié)果的獎(jiǎng)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果f1、f2、f3、f4的方陣，可以估計(jì)出P（y/SN）和P（y/N）來。有了擊中概率P（y/SN）和虛報(bào)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(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)；ON表示虛報(bào)概率的縱坐標(biāo)，ZN表示虛報(bào)概率所對(duì)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(hào)出現(xiàn)的概率和對(duì)被試回答的獎(jiǎng)懲辦法而改變。如果獎(jiǎng)懲辦法不變，當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)的概率低時(shí)，被試不輕易說有信號(hào)，那么標(biāo)準(zhǔn)就要定得低。隨著信號(hào)出現(xiàn)概率的改變，判斷標(biāo)準(zhǔn)也在改變。當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)頻率低時(shí)，β值大，說明被試判斷有信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)高；信號(hào)出現(xiàn)頻率高時(shí)，β值小，說明被試判斷有信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)低。二、實(shí)驗(yàn)方法1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模航?jīng)過重量辨別，學(xué)習(xí)信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的有無法，掌握信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的基本原理。2、實(shí)驗(yàn)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(gè)；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(shí)驗(yàn)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(gè)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(hào)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(shí)驗(yàn)順序：（1）（2）（3）P（SN）0.200.500.80P（N）0.800.500.20（2）正式實(shí)驗(yàn)A、在每50次實(shí)驗(yàn)開始前，先讓被試熟悉一下信號(hào)和噪音的區(qū)別，并告訴被試在這50次中信號(hào)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(hào)在前和信號(hào)在后各50次。50次中信號(hào)和噪音出現(xiàn)的順序按隨機(jī)原則排列。哪一次呈現(xiàn)信號(hào)，哪一次呈現(xiàn)噪音務(wù)必搞清楚。兩次呈現(xiàn)刺激的時(shí)間間隔至少3秒，千萬不要為了趕進(jìn)度連續(xù)不斷地呈現(xiàn)刺激。C、被試提舉重量時(shí)，提得高低、快慢要前后一致。提舉后，若判斷為信號(hào)就回答“信號(hào)”，主試就在記錄表上相應(yīng)的（）內(nèi)記下“+”號(hào)；若判斷為噪音就回答“噪音”，主試就記“—”號(hào)。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(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表1兩被試實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（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(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)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(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)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(jì)的兩對(duì)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(gè)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(huì)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(yuǎn)，可知兩位被試的感受性d’都是比較高的，但由于實(shí)驗(yàn)器材的缺陷，其中的誤差也是不小的（后面有詳細(xì)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(shí)，信號(hào)與噪音出現(xiàn)的頻率一樣，被試通過猜測(cè)來而回答正確的概率會(huì)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(shí)，被試將更有可能猜中結(jié)果，因此被試的感受性會(huì)升高。所以被試乙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論符合。至于被試甲的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合規(guī)律，可能的原因有：（1）練習(xí)效應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)剛開始的時(shí)候，被試可能會(huì)由于對(duì)信號(hào)與噪音的記憶不深，所以回答的正確率較低。但隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，通過不斷地接受信號(hào)和噪音刺激，被試對(duì)兩者的記憶會(huì)越來越深，因此回答的成績(jī)也會(huì)在一定范圍內(nèi)慢慢升高（2）疲勞效應(yīng)，由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要做300次之多，而實(shí)驗(yàn)的時(shí)間又有限，被試得不到充分的休息（實(shí)驗(yàn)過程中被試乙曾報(bào)告說手感覺到酸麻），這造成了被試反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到影響。另外被試的態(tài)度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有很大影響，被試可能因?yàn)閷?shí)驗(yàn)次數(shù)過多而覺得不耐煩，因?yàn)橄Ｍ焖俳Y(jié)束實(shí)驗(yàn)而不認(rèn)真作答。（3）實(shí)驗(yàn)器材缺陷。本次實(shí)驗(yàn)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(shí)候，有些圓柱體會(huì)發(fā)出聲響，所以即使被試被蒙著眼睛，有些時(shí)候還是可以通過聽聲音來猜測(cè)，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)結(jié)果有作假的可能。（4）實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干擾。由于實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室里還有多個(gè)小組同時(shí)也在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，多個(gè)被試都在作報(bào)告，造成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比較吵鬧，由此被試的情緒、判斷能力可能會(huì)受到一定的影響。判定標(biāo)準(zhǔn)會(huì)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(shí)驗(yàn)過程中很多的時(shí)候，被試僅僅憑借自己的感覺是很難分辨出哪個(gè)是信號(hào)哪個(gè)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(huì)加入自己的主觀感情去猜測(cè)。因?yàn)槠谕?yīng)，所以當(dāng)先定概率較低的時(shí)候，被試會(huì)傾向于猜測(cè)“無信號(hào)”，而當(dāng)先定概率較高的時(shí)候，被試則會(huì)傾向于猜測(cè)“有信號(hào)”。所以，當(dāng)先定概率為0.2時(shí)，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(bào)告“有信號(hào)”；當(dāng)先定概率為0.5時(shí)，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(dá)到0.8時(shí)，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(hào)檢測(cè)論的方法可應(yīng)用到其他測(cè)量感受性的實(shí)驗(yàn)中例如，運(yùn)用信號(hào)檢測(cè)論的方法可以測(cè)量先定概率對(duì)回憶的影響。實(shí)驗(yàn)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(duì)于每組畫頁，主試使用一種信號(hào)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(hào)”記住。作為信號(hào)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(jī)地逐張呈現(xiàn)給被試。這時(shí)，每呈現(xiàn)一張畫頁，即要求被試判斷此畫頁是“信號(hào)”還是“噪音”，并要求被試把結(jié)果記錄在實(shí)驗(yàn)紙上。根據(jù)五種先定概率得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就可計(jì)算擊中概率和虛驚概率。五、結(jié)論實(shí)驗(yàn)中測(cè)出了兩位被試在不同先定概率中對(duì)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(shí)對(duì)