（免费）西南大学考研实验心理学PPT讲义14.ppt

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1、第第0303章章 传统心理物理法传统心理物理法q本章主要内容：本章主要内容：本章主要内容：本章主要内容：一、阈限的性质一、阈限的性质一、阈限的性质一、阈限的性质 二、测定阈限的三种基本方法二、测定阈限的三种基本方法二、测定阈限的三种基本方法二、测定阈限的三种基本方法最小变化法最小变化法恒定刺激法恒定刺激法平均差误法平均差误法 三、心理量表法三、心理量表法三、心理量表法三、心理量表法 四、阈限概念和理论的发展四、阈限概念和理论的发展四、阈限概念和理论的发展四、阈限概念和理论的发展 五、信号检测论的原理五、信号检测论的原理五、信号检测论的原理五、信号检测论的原理五五、信号检测论的原理、信号检测论的

2、原理（一）信号检测论的由来（一）信号检测论的由来（二）信号检测论的统计学原理（二）信号检测论的统计学原理（三）信号检测论的二个独立指标（三）信号检测论的二个独立指标（四）接受者操作特征曲线（四）接受者操作特征曲线（一）信号检测论的由来（一）信号检测论的由来1 1、电子侦察系统中的信号检测问题、电子侦察系统中的信号检测问题电子侦察系统中的关键问题是信息的传输和处电子侦察系统中的关键问题是信息的传输和处理。首先将待传输的数据、资料等各类信息变理。首先将待传输的数据、资料等各类信息变换为电信号，再借助发射天线辐射到空间，经换为电信号，再借助发射天线辐射到空间，经过电磁波传播，抵达接收天线，接受系统。

3、将过电磁波传播，抵达接收天线，接受系统。将接收到的信号加以处理后还原，为所需要的信接收到的信号加以处理后还原，为所需要的信息，送入接收系统终端或使用者，从而完成信息，送入接收系统终端或使用者，从而完成信息传输任务。息传输任务。E但是在传输过程中不可避免地会遇到：但是在传输过程中不可避免地会遇到：外界干扰和内部干扰；外界干扰和内部干扰；电磁波传播过程中无线电信号畸变；电磁波传播过程中无线电信号畸变；设备技术的不完善等因素的影响。设备技术的不完善等因素的影响。信号中混入了很多噪音，使信息传输的可靠性信号中混入了很多噪音，使信息传输的可靠性降低，这是信息传输过程中的不利因素。如何降低，这是信息传输过

4、程中的不利因素。如何同这种不利的外界和内部的随机因素作斗争，同这种不利的外界和内部的随机因素作斗争，使对噪音背景上的信号分辨率达到最好，提高使对噪音背景上的信号分辨率达到最好，提高信息传输的可靠性，这就是信号检测论所要解信息传输的可靠性，这就是信号检测论所要解决的问题。决的问题。EE举例：雷达侦察系统举例：雷达侦察系统假定所要侦察的信号是在亮度均匀的背景上出假定所要侦察的信号是在亮度均匀的背景上出现的一个短暂的闪光。这里对信号侦察起干扰现的一个短暂的闪光。这里对信号侦察起干扰作用的背景叫做噪音作用的背景叫做噪音(N)，短暂的闪光称作信号短暂的闪光称作信号(S)，因它是在均匀亮度的背景上出现的，

5、所因它是在均匀亮度的背景上出现的，所以又称信号加噪音，一般常写作以又称信号加噪音，一般常写作SN。信号和噪信号和噪音都是随机出现的。音都是随机出现的。电子侦察系统包括一个光电传感器和一个侦察电子侦察系统包括一个光电传感器和一个侦察反应器，前者是接收信号的，后者是对信号作反应器，前者是接收信号的，后者是对信号作出反应的。出反应的。如果光电传感器的输出达到某一临界水平，如果光电传感器的输出达到某一临界水平，侦察反应器就以侦察反应器就以“有闪光有闪光”反应，如果达不反应，如果达不到这个临界水平，侦察反应器就以到这个临界水平，侦察反应器就以“没有闪没有闪光光”反应。这个临界水平可以根据需要进行反应。这

6、个临界水平可以根据需要进行调节。调节。如果要求尽可能不漏掉信号，就得把反应的临界水如果要求尽可能不漏掉信号，就得把反应的临界水平调得很低，但这要付出一定的代价，那就是有时平调得很低，但这要付出一定的代价，那就是有时信号并没有出现，只要传感器的输出达到这个反应信号并没有出现，只要传感器的输出达到这个反应水平，侦察反应就出现水平，侦察反应就出现“有信号有信号”反应。此种情况反应。此种情况用信号检测论的语言来说，叫用信号检测论的语言来说，叫“虚报虚报”。如果把反应水平调得过低，漏掉的信号可能会很少，如果把反应水平调得过低，漏掉的信号可能会很少，但虚报的可能性却会相当大。反之，如果要求尽量但虚报的可能

7、性却会相当大。反之，如果要求尽量减少虚报，就得把侦察反应器的反应水平调得很高。减少虚报，就得把侦察反应器的反应水平调得很高。这样，在没有信号时虽然本会以这样，在没有信号时虽然本会以“有信号有信号”反应，反应，但在有信号时传感器的输出由于达不到一定的反应但在有信号时传感器的输出由于达不到一定的反应水平，侦察器也不会以水平，侦察器也不会以“有信号有信号”反应。这样虚报反应。这样虚报的概率减少了，但的概率减少了，但报准报准(又称又称击中击中)的概率即不会很高。的概率即不会很高。从上述情况可以看出：虚报率与报准率都随从上述情况可以看出：虚报率与报准率都随着反应水平的变化而变化。着反应水平的变化而变化。

8、乍看起来，似乎在这些情况下，电子侦察系乍看起来，似乎在这些情况下，电子侦察系统对信号的辨别力发生了改变，但实际上不统对信号的辨别力发生了改变，但实际上不是这样，因为在这些情况下，传感器在接受是这样，因为在这些情况下，传感器在接受和提供信息的性能上并没有发生变化，没有和提供信息的性能上并没有发生变化，没有因反应水平的变化而有所不同，所不同的是因反应水平的变化而有所不同，所不同的是侦察反应器对传感器提供的信息进行处理的侦察反应器对传感器提供的信息进行处理的方式发生了变化。方式发生了变化。这里必须分清两个问题这里必须分清两个问题:一个是电子侦察系统接收部分的辨别力问题一个是电子侦察系统接收部分的辨别

9、力问题另一个是判定反应部分对所收到信息如何处理另一个是判定反应部分对所收到信息如何处理的问题。的问题。信号检测论要解决的就是如何区分这两方面信号检测论要解决的就是如何区分这两方面的问题。的问题。2人类感知过程的信号检测问题人类感知过程的信号检测问题人类的感知系统好比是一个信号觉察器，人类的感知系统好比是一个信号觉察器，各感官都可看作是一个信息处理系统。各感官都可看作是一个信息处理系统。我们把各种刺激看作是信号，把刺激的我们把各种刺激看作是信号，把刺激的随机物理变化和感官信息处理中的随机随机物理变化和感官信息处理中的随机变化看作是噪音。变化看作是噪音。这普遍存在于各个实验之中，各感官对这普遍存在

10、于各个实验之中，各感官对信号的分辨问题与电子侦察系统对信号信号的分辨问题与电子侦察系统对信号的分辨非常相似。的分辨非常相似。传统的心理物理学方法所测定的阈限，传统的心理物理学方法所测定的阈限，实际上包含着两方面的内容：一是对刺实际上包含着两方面的内容：一是对刺激的感受性或者叫做辨别刺激的能力，激的感受性或者叫做辨别刺激的能力，一是被试判定刺激是否出现的标准。一是被试判定刺激是否出现的标准。尽管在使用这些传统的心理物理学方法时，尽管在使用这些传统的心理物理学方法时，曾考虑到被试的态度、偏好、倾向和所采用曾考虑到被试的态度、偏好、倾向和所采用的标准对测量阈限所产生的影响，并且采取的标准对测量阈限所

11、产生的影响，并且采取了一些措施来消除这些影响。了一些措施来消除这些影响。例如在极限法中，采用渐增系列、渐减系列呈现例如在极限法中，采用渐增系列、渐减系列呈现刺激，用以平衡习惯误差和期望误差。刺激，用以平衡习惯误差和期望误差。又如用又如用AB法平衡练习误差和疲劳误差；用指导语法平衡练习误差和疲劳误差；用指导语规定被试的反应标准，并使之保持前后一致；有规定被试的反应标准，并使之保持前后一致；有时对被试事先加以训练，使其在实验中的反应保时对被试事先加以训练，使其在实验中的反应保持稳定等等。持稳定等等。但这一系列的措施，只能是使影响阈限的估但这一系列的措施，只能是使影响阈限的估计因素保持恒定，并不能测

12、出被试的反应标计因素保持恒定，并不能测出被试的反应标准，也不能把反应标准和辨别力分开。准，也不能把反应标准和辨别力分开。例如，恒定刺激法的三类反应。由于反应的偏好例如，恒定刺激法的三类反应。由于反应的偏好和自信程度不同，所测得的阈限往往差别很大。和自信程度不同，所测得的阈限往往差别很大。因此，因此，把感受性和判断标准加以区分，是心把感受性和判断标准加以区分，是心理物理实验中早待解决的问题。理物理实验中早待解决的问题。二、信号检测论的统计学原理二、信号检测论的统计学原理心理学上的信号检测实验一般是在信号和背景心理学上的信号检测实验一般是在信号和背景不易分清的条件下进行的。不易分清的条件下进行的。

13、对信号检测起干扰作用的背景叫对信号检测起干扰作用的背景叫噪音噪音，这这“噪噪音音”不仅是指纯音信号出现时其他的噪音而言不仅是指纯音信号出现时其他的噪音而言的；在视觉实验中，伴随着亮点信号出现时的的；在视觉实验中，伴随着亮点信号出现时的照度均匀的背景也叫做照度均匀的背景也叫做“噪音噪音”。总之，对信号起着干扰作用的因素都可当作总之，对信号起着干扰作用的因素都可当作“噪音噪音”。一般的心理物理的辨别实验，其中包。一般的心理物理的辨别实验，其中包含着刺激含着刺激A和刺激和刺激B。在这种情况下，可将其中在这种情况下，可将其中一个刺激作为噪音，另一个作为信号。一个刺激作为噪音，另一个作为信号。主试呈现的

14、刺激，有时只呈现主试呈现的刺激，有时只呈现“噪音噪音”刺激刺激（以（以N表示）表示）；有时在信号刺激加噪音刺激同时；有时在信号刺激加噪音刺激同时呈现呈现（以（以SN表示）表示），让被试对信号刺激做出反，让被试对信号刺激做出反应。应。在呈现刺激前，主试要先告诉被试者在呈现刺激前，主试要先告诉被试者N和和SN各自各自出现的概率。这个概率称为出现的概率。这个概率称为先定概率先定概率（或先验（或先验概率）概率）。同时对被试者说明判定结果的奖惩办同时对被试者说明判定结果的奖惩办法。因为先定概率和奖惩办法都将影响被试者法。因为先定概率和奖惩办法都将影响被试者的判定标准，每次实验呈现的是的判定标准，每次实验

15、呈现的是N还是还是SN是随机是随机安排的。主试在呈现刺激之前（约安排的。主试在呈现刺激之前（约2秒前）要先秒前）要先给被试者一个预备信号。给被试者一个预备信号。被试者对有无信号出现的判定被试者对有无信号出现的判定在信号检测实验中，被试者对有无信号出现的在信号检测实验中，被试者对有无信号出现的判定，可以有四种结果：判定，可以有四种结果：1.击击中中 当当信信号号出出现现时时（SN），被被试试报报告告为为“有有”，这这称称为为击击中中，以以Y/SN表表示示。我我们们把把这这个个判判定定的的概概率率称称为为击中的条件概率，以击中的条件概率，以P（H）或或P（Y/SN）表示。表示。2.虚虚惊惊 当当只

16、只有有噪噪音音出出现现时时（N），被被试试报报告告“有有”，这这称称为为虚虚惊惊（或或误误报报），以以Y/N表表示示。我我们们把把这这个个判判定定的的概概率率称称为为虚虚惊惊条条件件概概率率，以以P（FA）或或P（Y/N）表示。表示。3.漏漏报报 当当有有信信号号出出现现时时，被被试试报报告告为为“无无”，这这称称为为漏漏报报（或或失失察察）（miss），以以n/SN表表示示。把把这这种种判判 定定 概概 率率 称称 为为 漏漏 报报 条条 件件 概概 率率，以以 P（M）或或P（n/SN）表示。表示。4.正确拒斥正确拒斥 当无信号而只有噪音出现时，被试报告当无信号而只有噪音出现时，被试报告为

17、为“无无”，这称为正确拒斥（，这称为正确拒斥（correct rejection）或正或正确（确（correct），），以以n/N表示。我们把这个判定的条件表示。我们把这个判定的条件概率称为正确拒斥的条件概率，以概率称为正确拒斥的条件概率，以P（CR）或或P（n/N）来表示。来表示。这这样样，噪噪音音背背景景下下的的信信号号检检测测实实验验，在在每每种种刺刺激激状状态态下下都都存存在在二二种种反反应应可可能能，其其组组合合就就构构成成一一个个两两择择一一判判决决矩矩阵阵，其其中中H和和CR是是正正确确反反应应，M和和FA是错误反应。如果用概率表示，则有是错误反应。如果用概率表示，则有:P（H）

18、P（M）=1P（FA）P（CR）=1从从式式中中可可见见，其其他他两两个个条条件件概概率率是是这这两两个个条条件件概概率率的的补补数数，即即知知道道其其中中一一个个数数，就就可可求求出出互互补的另一个数：补的另一个数：P（H）=1-P（M）P（FA）=1-P（CR）无噪音条件下的信号检测无噪音条件下的信号检测从统计学观点来看，信号检测即是要检验两个从统计学观点来看，信号检测即是要检验两个统计假设统计假设H0（无信号）和无信号）和H1（有信号）的真伪。有信号）的真伪。设想检测者测量单一变量设想检测者测量单一变量X，并以此为根据选并以此为根据选择择H0或或H1。在无噪音条件下，当在无噪音条件下，当

19、X=A0时，时，H0为为真；当真；当X=A1时，时，H1为真。为真。噪音背景下的信号检测噪音背景下的信号检测在噪音背景下，无信号时在噪音背景下，无信号时X并不总是等于并不总是等于A0，有信号时有信号时X也并不总是等于也并不总是等于A1，而是分别形成而是分别形成两个概率分布两个概率分布P0（X）和和P1（X）。）。这时，检测这时，检测者需要确定一个反应标准者需要确定一个反应标准Xc，将将X分成二个值域分成二个值域，当，当XXc时，判定时，判定H0为真；当为真；当XXc时，判定时，判定H1为真。为真。在噪音背景下，无论将在噪音背景下，无论将Xc确定在哪一位置，都确定在哪一位置，都存在有错误的可能，

20、即虚惊错误存在有错误的可能，即虚惊错误FA和漏检错误和漏检错误M。如上图所示，曲线如上图所示，曲线P0（X）在在Xc右面部分所右面部分所包含面积为虚惊率包含面积为虚惊率QFA，曲线曲线P1（X）在在Xc左面左面部分所包面积为漏检率部分所包面积为漏检率QM。因此，在信号分布和噪音分布不变的情况下，因此，在信号分布和噪音分布不变的情况下，检测者选择的反应标准检测者选择的反应标准Xc将影响将影响P（H）、）、P（M）、）、P（FA）和和P（CR）。）。反应标准的选择，称为检测者的反应偏向，它反应标准的选择，称为检测者的反应偏向，它是信号检测论的两个独立指标之一。是信号检测论的两个独立指标之一。E 三

21、、信号检测论的二个独立指标三、信号检测论的二个独立指标信号检测论者认为阈限不是一个纯净的感知能信号检测论者认为阈限不是一个纯净的感知能力的指标，它受利害得失、动机、态度、意志力的指标，它受利害得失、动机、态度、意志等因素的影响。而且，一般纠偏和校正猜测机等因素的影响。而且，一般纠偏和校正猜测机遇的公式都不能对被试者的真实感知能力作正遇的公式都不能对被试者的真实感知能力作正确的估计。因为被试者在报告他对某个刺激或确的估计。因为被试者在报告他对某个刺激或信号的感受时，总是受到动机等因素的影响，信号的感受时，总是受到动机等因素的影响，考虑其得失利害，采用某种策略，做出某一抉考虑其得失利害，采用某种策

22、略，做出某一抉择，使被试者自己的报告符合他最大的利益。择，使被试者自己的报告符合他最大的利益。根据信号检测论把刺激的判断看成对信号的侦根据信号检测论把刺激的判断看成对信号的侦察和做出抉择的过程。这样，在同一过程中就察和做出抉择的过程。这样，在同一过程中就出现了两个独立指标：出现了两个独立指标：一个是一个是感觉辨别力感觉辨别力指标（指标（d），），表示感知能力，又表示感知能力，又称为称为感觉敏感性；感觉敏感性；另一个是另一个是反应偏向反应偏向，可用，可用似然比值似然比值（），），有时也有时也用用报告标准报告标准（C）来表示，它包括利益得失、动机、来表示，它包括利益得失、动机、态度等因素。态度等因

23、素。（一）反应偏向（一）反应偏向 反应偏向可由二种方法计算：反应偏向可由二种方法计算：一种是似然比值一种是似然比值另一种是报告标准。另一种是报告标准。1.似然比值似然比值 信信号号检检测测论论中中用用以以表表示示反反应应偏偏向向的的指指标标之之一一是是似似然然比比值值，意意指指信信号号加加噪噪音音引引起起的的特特定定感感觉觉的的条条件件概概率率与与噪噪音音引引起起的的条条件件概概率率的的比比值值，其其数数学学定定义义为为给给定定Xc水水平平上上信信号号分分布布的的纵纵轴轴与与噪噪音音分分布布的的纵纵轴轴之之比比，即：即：式式中中“O”代代表表纵纵轴轴。从从中中可可以以看看到到，因因先先定定概概

24、率率不同和判定结果的奖惩办法不同而不同。不同和判定结果的奖惩办法不同而不同。当当值值偏偏高高时时，Xc右右移移，P（H）和和P（FA）均均下下降降，表表示示检检测测者者的的反反应应标标准准较较严严；当当值值偏偏低低时时，Xc左左移移，P（H）和和P（FA）均均上上升升，表表示示检检测测者者的反应标准较宽。的反应标准较宽。信信号号检检测测论论可可以以给给出出在在给给定定信信号号强强度度和和敏敏感感性性水水平平下下能能得得到到的的最最大大收收益益的的值值（OPT）。就就物物理理环环境境而而言言，OPT的的主主要要影影响响因因素素为为信信号号概概率率和和两两择择一一判判决决矩矩阵阵中中四四种种可可能

25、能结结果果的的奖奖惩惩（支支付付）情况亦即支付矩阵情况亦即支付矩阵。支付矩阵支付矩阵支付矩阵是指在一定的信号和噪音出现的先验概率条件支付矩阵是指在一定的信号和噪音出现的先验概率条件下，对被试判断结果的奖惩办法。可表示为：下，对被试判断结果的奖惩办法。可表示为：式中式中P（N）和和P（S）分别是噪音概率和信号概率，分别是噪音概率和信号概率，V代代表由正确反应得到的价值，表由正确反应得到的价值，C代表错误反应得到的代价代表错误反应得到的代价（负值）。当（负值）。当V（CR）+C（FA）=V（H）C（M）时，时，最大收益将从最小错误而得到。此时最大收益将从最小错误而得到。此时OPT随信号概率随信号概

26、率P（S）的变化而变化（的变化而变化（P（S）P（N）=1），），当当P（S）上升时，放宽反应标准，即降低上升时，放宽反应标准，即降低是有利的反应是有利的反应策略；当策略；当P（S）降低时，严格的反应标准使提高降低时，严格的反应标准使提高更有更有利。但当从正确反应中得到的收益与错误反应付出的代利。但当从正确反应中得到的收益与错误反应付出的代价不等时，价不等时，OPT将发生相应的变化。将发生相应的变化。值的值的计算计算计算过程中必不可少地要使用计算过程中必不可少地要使用PZO转换表，转换表，表中表中P代表概率，代表概率，Z代表标准分数，代表标准分数，O代表代表概率密度，概率密度，PZO转换表就是

27、这三个数值之转换表就是这三个数值之间的对应互换关系。间的对应互换关系。2.报告标准报告标准C 信号检测论中用以表示反应偏向的另一个信号检测论中用以表示反应偏向的另一个指标是指标是报告标准报告标准，又称又称判断标准（或判定判断标准（或判定标准标准）。在数学上，反应标准的另一种表在数学上，反应标准的另一种表示方法是感受经验强度，用符号示方法是感受经验强度，用符号C表示。表示。C是横轴上的判定标准位置。在数学上，是横轴上的判定标准位置。在数学上，C的的单位要转换成刺激强度单位，它的计算公单位要转换成刺激强度单位，它的计算公式是：式是：（二）敏感性指标（二）敏感性指标 信信号号检检测测论论的的最最主主

28、要要贡贡献献是是在在反反应应偏偏向向与与反反应应敏敏感感性性之之间间能能作作出出区区分分。击击中中概概率率P（N）可可以以因因为为检检测测者者持持严严格格的的反反应应标标准准（高高）而而减减低低；另另一一方方面面，即即使使观观测测者者持持宽宽松松的的反反应应标标准准（低低），P（N）也也可能因为敏感性的降低而降低。可能因为敏感性的降低而降低。敏敏感感性性可可以以表表现现为为内内部部噪噪音音分分布布fN(X)与与信信号号加加噪噪音音分分布布fSN(X)之之间间的的分分离离程程度度。两两者者的的分分离离程程度度越越大大，敏敏感感性性越越高高；分分离离程程度度越越小小，敏敏感感性性越越低低。下下图图

29、给给出出了了反反应应偏偏向向（）相相同同的的情情况况下下，两两种种敏敏感感性情况。性情况。内内部部噪噪音音分分布布fN(X)与与信信号号分分布布fSN(X)的的分分离离程程度度既既受受信信号号的的物物理理性性质质影影响响，也也受受被被试试者者（测测验验者者）特特性性的的影影响响。因因此此，fN(X)与与fSN(X)之之间间的的距距离离就就可可作作为为敏敏感感性性的的指标，称为辨别力指标，称为辨别力d：n即即辨辨别别力力（d d）等等于于两两个个分分布布的的均均数数之之差差除除之之 N N分分布布的的标标准准差差。当当N N分分布布与与SNSN分分布布均均为为常常态态分分布布时时，其其变变异异数

30、数类类同，同，则则有：有：四、接受者操作特性曲线四、接受者操作特性曲线 接受者操作特性曲线接受者操作特性曲线，简称简称 ROC曲线曲线，在心理，在心理学上又称为学上又称为感受性曲线感受性曲线，这就是说，曲线上各这就是说，曲线上各点反映着相同的感受性，它们都是对同一信号点反映着相同的感受性，它们都是对同一信号刺激的反应，不过是在几种不同的判定标准下刺激的反应，不过是在几种不同的判定标准下所得的结果就是了。所得的结果就是了。接受者操作特性曲线以虚惊概率为横轴，击中接受者操作特性曲线以虚惊概率为横轴，击中概率为纵轴所组成的坐标图和被试者在特定刺概率为纵轴所组成的坐标图和被试者在特定刺激条件下由于采用不同的判断标准得出的不同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。结果画出的曲线。