Guangdong University of Education 实验报告名称：信号检测论课程名称：实验心理学学号：姓名：年级：专业名称：应用心理学实验名称：信号检测论摘要：本实验的目的在于通过重量鉴别，学习信号检测论实验的有无法；考察不同先定概率下被试的辨别力和判定标准；绘出受试者的操作特性曲线。
引言随着阈限理论和近代科学技术的发展，一种新的心理物理法——信号检测论诞生了。
信号检测论（或讯号侦察论、讯号觉察论）（signal detectiontheory，简称SDT）乃是信息论的一个分支，研究的对象是信息传输系统中信号的接受部分。
它最早用于通讯工程中，即借助于数学的形式描述“接受者”在某一观察时间将掺有噪音的信号从噪音中辨别出来。
信号检测论的形成有一个发展过程。
早在20世纪20年代末，就有人对信息传输的理论进行了讨论，引进信息量的概念，并取得初步的结果。
到了40年代初，人们便清楚地认识到，由于接受的信息带有某种随机的性质，因此，系统本身的结构也必须适应于它所接收和处理的信息这种统计性质。
1941～1942年，人们开始将统计方法应用于通讯系统研究中，从而建立了最佳线性滤波理论——维纳滤波理论（Wiener’s filter theory）。
从最小均方差准则出发，得出了对线性滤波器最佳传输函数的要求。
1943年，人们在雷达技术发展需要的推动下，在研究如何提高雷达检测能力时，提出了一种最佳线性滤波理论。
人们在同噪音进行斗争中总结出来的各种方法，实质上都是有意识地利用信号与噪音的统计特性来尽可能抑制噪音，从而提取信号的。
1946～1948年建立了基础信息论和潜在抗干扰理论。
后者是用概率方法研究高斯噪音中接收信号的理想接收机问题，将那种能够使错误判断概率为最小的接收机称为理想接收机。
申农（Shannon，1948）便认识到对消息的事先确定性这一点恰恰是在通信的对象的基础上建立起来了信息论的基础理论。
几年以后，于1950年人们开始把信息量概念引用于雷达信号检测中来，提出一系列综合最佳雷达系统的新观念。
其基本特点在于，理想接收机应当能从信号与噪音混合波形中提取最多的有用信号。
从50年代起，人们在广泛运用现代数学工具基础上，建立了比较系统的信号检测理论。
信号检测理论除了对雷达、声纳、通讯、自动控制等技术的发展奠定了理论基础外，目前还在心理学、地震学、天文学、生物物理学以及其他科学领域里获得了广泛地应用和发展。
同时，信号检测论在这些学科中的应用，又反过来推动了信号检测论不断完善和发展。
那么信号检测论为什么能用于心理学中呢？这是由于人的感官、中枢分析综合过程可看作一个信息处理系统（或讯息处理系统），因此有可能应用信号检测论中的一些概念和方法对它进行分析。
信号检测论还可以从另一个侧面加深人们对感受系统的理解。
通常把刺激变量看作是信号，把刺激中的随机物理变化或感知处理信息中的随机变化看作是噪音。
这样，人作为一个接收者对刺激的辨别问题便可等效于一个在噪音中检测信号的问题。
显然噪音的统计特性确定后，便可应用信号检测论处理心理学实验结果。
于是，坦纳和斯韦茨（Tanner＆ Swets， 1954）等人最早在密西根大学的心理学研究中把信号检测论应用于人的感知过程，并取得了可喜的结果。
信号检测论引入心理学，确实解决了一些传统心理学方法所不能解决的问题。
例如，关于精神病患者与正常人的大小常性，用传统心理物理法研究的结果很不一致。
有的实验结果表明，精神分裂症患者和正常人比较，前者趋于超常性；有的实验结果恰好与此相反；也有实验结果表明，在大小常性的问题上二者并无差别，后来用信号检测实验得到的结果表明，在排除反应的倾向性后，非妄想型精神分裂症患者比正常人大小常性的程度要低得多。
又如用传统心理物理法测定感觉阈限时，如果主试的指导语改变了，感觉阈限会随之发生变化。
究竟是指导语影响了被试的辨别力，还是影响了他的反应倾向呢？传统心理物理法就回答不了这个问题。
用信号检测实验得到的结果表明，在不同的指导语的影响下测得的感觉阈限所以不同，不是由于被试的辨别力发生了变化，而是由于改变了判断标准造成的结果。
另外还有些信号检测实验表明，用传统心理物理法测得的痛阈提高了，并不一定意味着痛觉感受性的下降，而常常是由于改变了极痛标准而造成的。
随着信号检测论的引入，确实把心理物理学的研究向前推进了一大步。
目前，信号检测论已经成为一种新的心理物理法，并广泛应用到研究心理现象的各个领域，在感觉、知觉、记忆、工程心理、医学心理等领域都获得了有重要价值的成果。
下面我们来分析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不易分清的条件下进行的。
对信号检测起干扰作用的背景叫噪音（noise），这“噪音”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照度均匀的背景也叫做“噪音”。
总之，对信号起着干扰作用的因素都可当作“噪音”。
一般的心理物理的辨别实验，其中包含着刺激A和刺激B。
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。
主试呈现的刺激，有时只呈现“噪音”刺激（以n表示）；有时在信号刺激加噪音刺激同时呈现（以sn表示），让被试对信号刺激做出反应。
在呈现刺激前，主试要先告诉被试者n和sn各自出现的概率。
这个概率称为先定概率（或先验概率）（prior probability）。
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的判定标准（见本章三节），每次实验呈现的是n还是sn是随机安排的。
主试在呈现刺激之前（约2秒前）要先给被试者一个预备信号。
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：1.击中当信号出现时（sn），被试报告为“有”，这称为击中（或中的）（hit），以Y/SN表示。
我们把这个判定的概率称为击中的条件概率，以P（H）或P（Y/SN）表示。
2.虚惊当只有噪音出现时（n），被试报告“有”，这称为虚惊（或误报）（false alarm），以Y/N表示。
我们把这个判定的概率称为虚惊条件概率，以P（FA）或P（Y/N）表示。
3.漏报当有信号出现时，被试报告为“无”，这称为漏报（或失察）（miss），以n/SN 表示。
把这种判定概率称为漏报条件概率，以P（M）或P（n/SN）表示。
4.正确拒斥当无信号而只有噪音出现时，被试报告为“无”，这称为正确拒斥（correct rejection）或正确（correct），以n/N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P（CR）或P（n/N）来表示。
这样，噪音背景下的信号检测实验，在每种刺激状态下都存在二种反应可能，其组合就构成一个两择一判决矩阵（见表1），其中H和CR是正确反应，M和FA是错误反应。
如果用概率表示，则显然有P（H）＋P（M）=1P（FA）＋P（CR）=1从式中可见，其他两个条件概率是这两个条件概率的补数，即知道其中一个数，就可求出互补的另一个数：P（H）=1-P（M）P（FA）=1-P（CR）因此，被试的判定，虽然有四种结果，但判定的条件概率一般只用击中的条件概率和虚惊的条件概率两种，即P（M）和P（FA）。
以上这四种判定结果，往往用一矩阵表示，见表1。
表1 两择一判决矩阵强。
公式为d＇=Z 击中—Z虚惊似然比β：定义为区分信号与噪音反应的心理感受水平Xc所对应的信号分布纵轴与噪音分布纵轴之比。
一般认为，β>1说明被试掌握的标准较严。
公式为β= O击中/O虚惊根据前人的研究，ROC 曲线为一条减速曲线；ROC 曲线离对角线越远，表示被试辨别力越强。
假设本实验被试的辨别力存在个体差异，但同一被试在不同先定概率下的辨别力保持相同；相同先定概率下，不同被试的判断标准存在个体差异；各被试的 ROC 曲线符合前人的研究结果，为一条减速曲线。
方法1 被试选择广东第二师范学院教育学院心理学系应用心理学专业两名大二学生作为被试，年龄20岁，身体健康。
2 仪器EPT512重量鉴别器，其中100克，92克各一个。
EPT713迷宫（作为挡板）3 程序首先应该采用传统心理物理法进行预备实验，但由于实验环境的限制，时间不足，所以在实验室老师的指导和建议下按照通常情况直接采用92克重量鉴别器为噪音，100克作为信号刺激。
主试按照下列三种不同的SN和N出现的先定概率安排实验顺序，另外三种是为消除空间效应。
(1) (2) (3) （4）（5）（6）P(SN) 50% 20% 80% 80% 20% 50%P(N) 50% 80% 20% 20% 80% 50% 每种先定概率做100次（分两轮，每轮50次）。
指导语是：实验开始时请你用优势手绕过迷宫挡板，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，并告诉你那个是信号那个是噪音，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。
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，同样告诉被试这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。
距离：记录表中第一大列0.50概率。
若主试呈现信号时：被试回答“噪音”，则在信号一栏记录“-”；若被试回答“信号”，则在信号一栏记录“+”。
若主试呈现噪音时：被试回答“噪音”，则在噪音一栏记录“-”；若被试回答“信号”，则在噪音一栏记录“+”。
主试按照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即可以。
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其在此熟悉信号和噪音的区别。
之后重复上述方法测试，直到做完600次为止。
两次呈现刺激时间间隔应大于3秒。
被试有优势手绕过迷宫的挡板，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”。
结果一、数据整理1、A同学的信号检测论矩阵(以下表格左边均为按0.5-0.2-0.8的顺序，右边均为按0.8-0.2-0.5的顺序)表2 先定概率P(SN)=0.5的矩阵列表【左为（1）右为（6）】的击中概率P(Y/SN)=0.64，虚报概率P(Y/N)=0.38；总的击中概率P(Y/SN)=0.68，虚报概率P(Y/N)=0.32。
表3 先定概率P(SN)=0.2的矩阵列表【左为（2）右为（5）】由上表知，先定概率为0.2时，左边的击中概率P(Y/SN)=0.4，虚报概率P(Y/N)=0.125；右边的击中概率P(Y/SN)=0.45，虚报概率P(Y/N)=0.1625；总的击中概率P(Y/SN)=0.425，虚报概率P(Y/N)=0.14375。
