心理物理学方法信号检测论.ppt

第三章 心理物理学方法网络流行语网络流行语“世界上最远的距离莫过于我站在你身边，世界上最远的距离莫过于我站在你身边，你不知道我爱你你不知道我爱你”物理的心理的？物理的心理的？两者之间有没有联系？有可研究的方法吗？感觉过两者之间有没有联系？有可研究的方法吗？感觉过程仅仅涉及感受性吗？程仅仅涉及感受性吗？实验心理学讲义二、信号检测论思考感觉阈限的实验，被试报告有感觉就一定有思考感觉阈限的实验，被试报告有感觉就一定有感觉吗？被试报告无感觉就一定无感觉吗？有没感觉吗？被试报告无感觉就一定无感觉吗？有没有其他的影响因素？有其他的影响因素？实验心理学讲义二、信号检测论信号检测论与古典心理物理学法比较？信号检测论与古典心理物理学法比较？Clack实验实验实验为测量痛阈和耐痛阈，然后给予提高，内容为告诉被实验为测量痛阈和耐痛阈，然后给予提高，内容为告诉被试重复刺激将使皮肤感受器疲劳，从而更能耐受痛刺激，试重复刺激将使皮肤感受器疲劳，从而更能耐受痛刺激，然后测量耐痛阈。然后测量耐痛阈。用古典心理物理学方法显示：主试的提示确实提高了用古典心理物理学方法显示：主试的提示确实提高了耐痛耐痛阈阈，但对痛阈无显著影响。，但对痛阈无显著影响。用用SDT检测论结果发现：主试的提示并没有改变被试的感检测论结果发现：主试的提示并没有改变被试的感觉辨别力觉辨别力_感受性，而仅仅改变了判断标准。感受性，而仅仅改变了判断标准。实验心理学讲义二、信号检测论信号检测论与古典心理物理学法比较？信号检测论与古典心理物理学法比较？从上个实验证明：从上个实验证明：古典心理物理法把人的感受性和判断标准混和在古典心理物理法把人的感受性和判断标准混和在一起，不能单独区分出人的感受性；而信号检测一起，不能单独区分出人的感受性；而信号检测论的优点就是能够做到这一点。论的优点就是能够做到这一点。信号检测论怎么做到把感受性和判断标准分开？信号检测论怎么做到把感受性和判断标准分开？实验心理学讲义二、信号检测论惩罚犯罪与保障无辜的信号检测论分析惩罚犯罪与保障无辜的信号检测论分析基于信号检测论的新业务投资决策有限理性实验基于信号检测论的新业务投资决策有限理性实验信号检测论在船舶了望中的应用信号检测论在船舶了望中的应用信号检测论在刑事诉讼认定证据中的应用信号检测论在刑事诉讼认定证据中的应用心理站中警戒绩效与信号检测论心理站中警戒绩效与信号检测论信号检测论在内隐学习研究中的应用信号检测论在内隐学习研究中的应用实验心理学讲义二、信号检测论信号检测论（信号检测论（signaldetectiontheory，SDT）是信息论的一个重要分支。是信息论的一个重要分支。其研究对象是信号传输系统中信号的接收部分。其研究对象是信号传输系统中信号的接收部分。较早用于通讯工程中，即接收者在噪声背景中信较早用于通讯工程中，即接收者在噪声背景中信号的接收问题。号的接收问题。1954年，美国心理学家年，美国心理学家W.P.Tanner和和J.A.Swets把它应用于人的知觉过程，使心理物理学把它应用于人的知觉过程，使心理物理学方法发展到一个新的阶段。方法发展到一个新的阶段。实验心理学讲义二、信号检测论信号检测论信号检测论现代心理物理学法，被应用于研现代心理物理学法，被应用于研究心理学各领域。工程心理学、实验心理学、医究心理学各领域。工程心理学、实验心理学、医学心理学等。学心理学等。实验心理学讲义（一）色子游戏假设一次掷三颗色子：两颗是正常的，即每个面假设一次掷三颗色子：两颗是正常的，即每个面有一个数字，依次为有一个数字，依次为1到到6。第三颗是特殊的，三。第三颗是特殊的，三面写面写0，另三面写，另三面写3。你的任务是猜测，特殊色子的哪一面朝上？你的任务是猜测，特殊色子的哪一面朝上？在猜测之前，告诉你三颗色子朝上的数目总和。在猜测之前，告诉你三颗色子朝上的数目总和。实验心理学讲义（一）色子游戏8=3+50+81 +42 +33 +24 +1出现3的可能性为4种总数特殊色子（三）正常色子（二）正常色子（二）2 +63 +54 +45 +36 +2出现0的可能性为5种实验心理学讲义（一）色子游戏033三颗色子数目总和三颗色子数目总和出现次数出现次数出现次数出现次数出现概率（出现概率（%）2100320043005411/5=206522/7=297633/9=338544/9=449455/9=5610366/9=6711255/7=7112144/5=8013033/3=10014022/2=10015011/1=100总和总和3636表3 色子数目总数与特殊色子出现概率的关系实验心理学讲义（一）色子游戏击击中中漏漏报报虚虚报报正确否定正确否定色子游戏的四种情形色子游戏的四种情形以特殊色子是以特殊色子是3为例为例猜猜3030特殊色子特殊色子实验心理学讲义（一）色子游戏1、击中和漏报、击中和漏报2、虚报和正确否定、虚报和正确否定3、标准的移动、标准的移动4、操作特征曲线、操作特征曲线实验心理学讲义（二）人对信号刺激的觉察色子游戏色子游戏已知色子数目总和已知色子数目总和3判断判断0信号觉察信号觉察获得某种感觉获得某种感觉信号信号判断判断噪音噪音实验心理学讲义（二）人对信号刺激的觉察因此，上面对色子游戏的分析也就完全适用于人对信号的觉因此，上面对色子游戏的分析也就完全适用于人对信号的觉察过程。察过程。人对信号的觉察也有击中、虚报等四种情形；随着标准的变化，其击中率与虚报率也在变化；也同样可以绘制其操作者特征曲线和分布曲线。实验心理学讲义二、信号检测论的基本参数1.信号检测论的基本概率 根据上表计算信号判断的：击中概率、漏报概率、虚报概率和正确否定概率，其中的击中概率和虚报概率为：P（y/SN）=f1/(f1+f2)P(y/N)=f3/(f3+f4)实验心理学讲义2似然比和辨别力指数 实验心理学讲义 从上图看出：（1）信号引起的感觉强度是一正态分布，噪音引起的感觉强度也是一正态分布，二者有一定重叠，这是被试判断无法避免错误的原因所在；（2）被试在进行信号识别判断时总会有一标准，当感觉强度大于这个标准就报告有信号，如果感觉强度没有达到这样的标准就报告无信号。提高判断标准，击中概率就会减少，虚报概率也会减少；当降低判断标准时，击中概率会增加，同时虚报概率也会增加。所以击中概率和虚报概率相互牵制，究竟把判断限定在什么标准上，主要取决于被试的价值取向、性格特征和外在奖惩条件（厉害关系）、信号的先定概率等等。（3）噪音感觉分布与信号感觉分布重叠的越多，距离越小，越难区分；相距越远则越容易辨别，因此可以用两个感觉强度的正态分布的距离作为辨别力指数。实验心理学讲义铁 路桌 子山 林课 桌物 理教学汽 车马 车历 史政 治首 先四 川哲 学黄 河深 圳电 脑长 江淮 河大 桥武 汉杭州教 师校 园宾 馆商 场广 州高 楼街道车 站上 班请您判断下表中的哪些词是刚才学习过的、哪些是刚才没有学习过的，分别用Y和N表示。OK!实验心理学讲义实验心理学讲义利用信号检测方法分析信息检测者的判别特征的步骤：第一步：根据信号检测原始记录求出击中概率和虚报概率；第二步：查PZO表得到ZSN、ZN、OSN、ON；第三步：求出似然比和辨别力指数，说明被试判别标准和辨别能力的高低和大小。实验心理学讲义操作特征曲线操作特征曲线以虚报率作为横坐标，击中率以虚报率作为横坐标，击中率作为纵坐标做图时，我们就可作为纵坐标做图时，我们就可以形象地看到随着标准的变化，以形象地看到随着标准的变化，击中率与虚报率也相应地发生击中率与虚报率也相应地发生变化的情形。变化的情形。这个曲线上各点代表在特定刺这个曲线上各点代表在特定刺激条件下被试所采用的各种反激条件下被试所采用的各种反应方式，所以叫做接受者操作应方式，所以叫做接受者操作特点（特征）曲线（特点（特征）曲线（receiveroperatingcharacteristiccurve,ROC）。）。实验心理学讲义从图5-14 可见，ROC 曲线具有以下属性：（1）值的改变独立于d的变化，考察值变化对P(y/SN)和P(y/N)的影响时发现：当 接近0 时，击中概率几乎为0，即信号全当成噪音接受；当 接近无穷大时，虚惊概率几乎为0，即噪音全当成信号接受；而当从接近0 向无穷大渐变的过程中，将形成一条完整地ROC 曲线，曲线在某一处达到最佳的标准OPT。（2）ROC 曲线的曲率反应敏感性指标d：在图5-14 中有一条对角线，代表P(y/SN)=P(y/N)，即被试者的辨别力d为0，ROC 曲线离这条线愈远，表示被试者辨别力愈强，d的值当然就愈大。此外，若将ROC 曲线的坐标轴变为Z 分数坐标，我们将看到ROC曲线从曲线形态变为直线形态。实验心理学讲义3.信号接收者操作特征曲线 很明显，在信号检测判断中，被试的判断受到多种主客观因素的影响和制约。主观方面包括检测者的信号分辨能力、态度或动机、个性特征等等；客观方面包括信号的先定概率、信号的可分辨性、反应正误所引起的利害关系等等。有人研究得到下列似然比与其他因素的关系式：公式显示：先定概率越大，似然比越小；正确否定奖励数和虚报处罚数越多，似然比越大；击中奖励数越多、漏报处罚数越多，似然比越小。实验心理学讲义在各种不同的条件下，信号接收者信号检测的击中概率和虚报概率会都可能发生变化，我们以其虚报概率和击中概率分别作为横坐标和纵坐标可以得到一条二维曲线，该曲线能够反映该接收者的辨别能力和判别标准随条件发生变化的特征，所以叫做信号接收者操作特征曲线，也叫ROC曲线。实验心理学讲义信号检测论信号检测论-考研真题考研真题4、在信号检测论的实验中，当没有信号出现，被试回答有信号，说明出现、在信号检测论的实验中，当没有信号出现，被试回答有信号，说明出现()A、击中、击中B、漏报、漏报C、虚报、虚报D、正确否定、正确否定5、在信号检测实验中，如果击中率的纵轴值为、在信号检测实验中，如果击中率的纵轴值为0.1虚报率的纵轴值为虚报率的纵轴值为0.33，则该实验中，则该实验中的的值为值为A、-0.22B、0.22C、0.33D、3.0021、在一段时间内有、在一段时间内有10架飞机飞过，其中架飞机飞过，其中6架为敌机，雷达报告到其中的架为敌机，雷达报告到其中的5架，并把架，并把2架架民用机报为敌机，那么雷达的：民用机报为敌机，那么雷达的：击中率：击中率：漏报率：漏报率：虚报率：虚报率：正确否定率：正确否定率：报告的准确率：报告的准确率：实验心理学讲义信号检测论信号检测论-考研真题考研真题1、在信号检测实验中，如果其他条件不变，只大幅提高被试击中目标的、在信号检测实验中，如果其他条件不变，只大幅提高被试击中目标的奖励，则可推测（辨别力和判断标准发生怎样的变化）奖励，则可推测（辨别力和判断标准发生怎样的变化）2、阐述信号检测论的基础，并举例说明他在心理学研究中的应用？（北、阐述信号检测论的基础，并举例说明他在心理学研究中的应用？（北师大师大2006）3、用信号检测论方法测量味觉感受性并说明有何优点。（中科院、用信号检测论方法测量味觉感受性并说明有何优点。（中科院20分）分）4.分析信号检测论的两个独立指标分析信号检测论的两个独立指标d和和（华东师范大学（华东师范大学2009）5、为什么、为什么信号检测信号检测法可以研究再认法可以研究再认（华南师范大学）（华南师范大学）6、信号检测论中评价法的击中率和虚假率为什么都是累积概率？信号检测论中评价法的击中率和虚假率为什么都是累积概率？实验心理学讲义（三）信号检测论的实验方法有无法有无法d评价法评价法d 实验心理学讲义1、有无法、有无法这个方法要求事先选定信号（这个方法要求事先选定信号（SN）刺激和噪音刺激和噪音（N）刺激，并规定刺激，并规定SN和和N出现的概率出现的概率（先验概（先验概率），率），然后以随机方式呈现然后以随机方式呈现SN或或N，要求被试回，要求被试回答，刚才的刺激是答，刚才的刺激是SN还是还是N。根据被试对呈现刺激的判断结果来估计根据被试对呈现刺激的判断结果来估计P(y/SN)和和P(y/N)。实验心理学讲义1、有无法、有无法击中击中f1漏报漏报f2虚报虚报f3正确否定正确否定f4反 应ynSNN刺 激P(y/SN)=f1/(f1+f2)P(y/N)=f3/(f3+f4)实验心理学讲义1、有无法、有无法实验心理学讲义1、有无法、有无法当被试的反应方式或判断标准当被试的反应方式或判断标准发生变化时，虽然击中率和虚发生变化时，虽然击中率和虚报率也发生变化，但如果信号报率也发生变化，但如果信号和噪音的差别不变，根据击中和噪音的差别不变，根据击中率和虚报率计算出来的率和虚报率计算出来的SN分配分配和和N分配的平均数的距离并不变分配的平均数的距离并不变化，也就是对于化，也就是对于ROC曲线上的曲线上的各点来说，各点来说，d是恒定的，所以是恒定的，所以ROC曲线又叫做等感受性曲线。曲线又叫做等感受性曲线。纯机遇线纯机遇线实验心理学讲义2评价法评价法的主要特点评价法的主要特点:除了告诉被试对判定结果的奖惩办法、先定概率之外，还除了告诉被试对判定结果的奖惩办法、先定概率之外，还要求被试在每次试验中对自己做出判断的把握性进行评价，要求被试在每次试验中对自己做出判断的把握性进行评价，并确定一个等级。如果在呈现信号时，他的判断是并确定一个等级。如果在呈现信号时，他的判断是“有信有信号号”，即击中，还要求他对这个判断有多大地把握做出评，即击中，还要求他对这个判断有多大地把握做出评价；如果是噪音，他作出价；如果是噪音，他作出“有信号有信号”的判断，即虚报，也的判断，即虚报，也要求他对这个判断的把握性有多大作出评价并给定一个等要求他对这个判断的把握性有多大作出评价并给定一个等级；然后计算各评价等级下的击中率和虚报率。级；然后计算各评价等级下的击中率和虚报率。实验心理学讲义2、评价法、评价法在有无法实验中，当定下判断标准时，凡大于或在有无法实验中，当定下判断标准时，凡大于或等于标准的感觉都说是由信号引起的。等于标准的感觉都说是由信号引起的。但是反应的把握程度反映不出来，失去了很多有但是反应的把握程度反映不出来，失去了很多有用的信息。用的信息。实验心理学讲义2、评价法、评价法表4 各个确信程度含义实验心理学讲义2、评价法、评价法确信程度确信程度含含义义相应的概率判断相应的概率判断第第6等等十分肯定有信号出现十分肯定有信号出现100%有信号出现有信号出现第第5等等肯定有信号出现肯定有信号出现80%有信号出现有信号出现第第4等等可能有信号出现可能有信号出现60%有信号出现有信号出现第第3等等可能没有信号出现可能没有信号出现40%有信号出现有信号出现第第2等等肯定没有信号出现肯定没有信号出现20%有信号出现有信号出现第第1等等十分肯定没有信号出现十分肯定没有信号出现0%有信号出现有信号出现实验心理学讲义三、信号检测实验1.有无法：将刺激信号与干扰信号混淆在一起，然后一一呈现给被试，要求其报告哪些是信号刺激，哪些是干扰刺激，以此来研究被试的分辨能力及相关特征。2.评价法：将刺激信号与干扰信号混淆在一起，然后一一呈现给被试，要求其在报告每个刺激是不是信号刺激的同时评价自己的信心等级。实验心理学讲义信号检测论信号检测论-考研真题考研真题1、在信号检测实验中，如果其他条件不变，只大幅提高被试击中目标的、在信号检测实验中，如果其他条件不变，只大幅提高被试击中目标的奖励，则可推测（辨别力和判断标准发生怎样的变化）奖励，则可推测（辨别力和判断标准发生怎样的变化）2、阐述信号检测论的基础，并举例说明他在心理学研究中的应用？（北、阐述信号检测论的基础，并举例说明他在心理学研究中的应用？（北师大师大2006）3、用信号检测论方法测量味觉感受性并说明有何优点。（中科院、用信号检测论方法测量味觉感受性并说明有何优点。（中科院20分）分）4.分析信号检测论的两个独立指标分析信号检测论的两个独立指标d和和（华东师范大学（华东师范大学2009）5、为什么、为什么信号检测信号检测法可以研究再认法可以研究再认（华南师范大学）（华南师范大学）6、在信号检测实验中，如果击中率的纵轴值为、在信号检测实验中，如果击中率的纵轴值为0.1虚报率的纵轴值为虚报率的纵轴值为0.33，则该实验中的，则该实验中的值为值为A、-0.22B、0.22C、0.33D、3.007、信号检测论中评价法的击中率和虚假率为什么都是累积概率？信号检测论中评价法的击中率和虚假率为什么都是累积概率？实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义信号检测论的应用信号检测论的应用实验心理学讲义三、心理量表物理刺激可由物理量表来测量。物理刺激可由物理量表来测量。但是，心理量的大小却不能用物理量表来测量。但是，心理量的大小却不能用物理量表来测量。首先，这是因为刺激的物理值的变化不一定会引起心理上相应的一对一的变化。其次，有一些物理刺激本身就难以用物理量表来测量。心理量表与物理量表一样，也有顺序量表、等距量表和比心理量表与物理量表一样，也有顺序量表、等距量表和比例量表三类。例量表三类。实验心理学讲义三、心理量表顺序量表：没有相等单位，也没有绝对零。顺序量表：没有相等单位，也没有绝对零。等距量表：等距量表：有相等单位，没有绝对零有相等单位，没有绝对零比率量表：有相等单位，有绝对零比率量表：有相等单位，有绝对零实验心理学讲义三、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量顺序量表顺序量表它既不等距，也没有绝对零点，只要求将事物按某一标准排出一个次序。建立顺序量表的方法主要有等级排列法和对偶比较法。等级排列法 它是把许多刺激同时呈现，让许多被试按照一定标准，把这些刺激排成一个顺序，然后把许多人对同一刺激评定的等级加以平均，求出每一刺激的各自平均等级，最后各自刺激按平均等级排出的顺序就是顺序量表。实验心理学讲义三、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量等级排列法的例子等级排列法的例子P122实验心理学讲义三、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量对偶比较 把所有要比较的刺激配成对，然后一对一对的呈现，让被试依据刺激的某一特性进行比较，并进行判断：这种特性在两个刺激中的哪一个上表现得更为突出。因为每个刺激都要分别和其它刺激比较，若总数为n,则配成对的个数为n(n-1)/2。然后依它们各自明显于其它刺激的百分比的大小排成序，即是一个顺序量表。实验心理学讲义三、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量用此方法应注意：a.这种方法得到的量表，仅是针对一个被试的心理物理量 表，不能直接推广到更大的人群。b.这一量表模型要求对偶比较是可传递的，如果刺激A优 先于刺激B，而且刺激B优先于刺激C，那么刺激A优先于 刺激C，然而，有些情况下这种传递性难以保证，就不能 采用对偶比较法。（祖孙三人：父亲怕爷爷，儿子怕父 亲，但是孙子不一定怕爷爷。）实验心理学讲义三、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量对偶比较法的实例P120注意空间误差和时间误差实验心理学讲义三、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量等距量表等距量表它不仅要求体现事物属性的大小顺序关系，还要有一个固定的测量单位。直接建立等距量表的方法主要有感觉等距法和差别阈限法。感觉等距法 它是通过将一个感觉分成主观上相等距离来制作。最早和最简单的形式是二分法。就是呈现两个刺激A和C，要求观察者选择第三个刺激B，使得A和B之间的距离等于B和C之间的距离。也可以用平均差误法同时分出几个等份来，这称为同时性解决方案，还可以采用另一种形式渐进性的解决方案。实验心理学讲义四、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量感觉等距法实验心理学讲义差别阈限法 通过在不同强度的基础上测量差别阈限来实现。具体的说，就是用任何一种传统心理物理法测出感觉的绝对阈限，并以此为量表的起点；然后以绝对阈限为标准刺激，确定第一个差别阈限；再以绝对阈限加上第一个差别阈限的刺激强度为基准，再测第二个差别阈限 每一个差别阈限都可以称为一个最小可觉差，而每一个最小可觉差在心理上都是相等的，因此可以用最小可觉差作为心理物理量表的等距单位。实验心理学讲义四、心理量表阈上感觉的测量阈上感觉的测量差别阈限差别阈限Fechner定律定律实验心理学讲义比例量表比例量表既有真正的零点，也有等距单位。主要有分段法和数量估计法。分段法 就是通过把一个感觉量加倍或减半或取任何其他比例来建立心理量表的方法。具体的说，就是呈现一个固定的阈上刺激作为标准，让被试调整比较刺激，使它所引起的感觉为标准刺激的一定比例。每个实验只选定同一个比例进行比较，同一个标准刺激比较若干次后，再换另外几个标准刺激进行比较。当把所有的标准刺激都比较完之后，便可用与各标准刺激在感觉上成一定比例的相应物理量值制成一个感觉比例量表。实验心理学讲义数量估计法 就是主试呈现一个标准刺激，并赋予标准刺激一个主观值，然后让被试以这个主观值为标准，将其它比较刺激的主观强度用数据表示。然后计算出每组被试对每个比较刺激量估计的几何平均数或中数，再以刺激值为横坐标，感觉值为纵坐标，即可制成感觉比例量表。实验心理学讲义