信号检测论——有无法

姓名

（上海师范大学应用心理学，上海，201418）

摘要本实验采用信号检测论中的一个基础实验程序——有无法，考察两名被试在不同的先

定概率的情况下，辨别力和判定标准的大小。实验发现：（1）信号检测论是一种心理学实验常用的有效研究方法；（2）击中率和虚报率会随着先定概率的提高而增加；（3）被试对声音频率的辨别力和判断标准有显著的性别差异。

关键词信号检测论；有无法；先定概率；辨别力；判定标准

1 导言

信号检测论是现代信息论的重要分支领域，由美国心理学家坦纳（W. P. Tanner）和斯威茨（J. A. Swets）应用于知觉研究。信号检测论与心理物理学均认为，物理刺激所引发的心理感受是一个正态连续变量。两者的区别在于：传统心理物理学的阈限概念假设了一种理想状态，其中刺激出现时是完全纯净的，个体对刺激的知觉不会受到其他因素的干扰。信号检测论认为，信号总是在噪音的伴随下出现的，因此对信号刺激的知觉不可避免的会受到各种噪音的干扰。一切影响到信号侦测的背景都是噪音，它可能由内部自发的神经活动所引起，也可能由外部的实验处理或环境变化所导致。

信号和噪音是信号检测论中最基本的两个概念。在心理学领域，信号检测论所指的信号可以理解为刺激。而噪音就是信号所伴随着的背景。信号检测论假定，噪音总是存在于系统之中，无法消除——无论这个系统是一个收音机，还是人的神经系统。

信号检测论有三个基础的实验程序：有无法、迫选法和评价法。有无法的基本程序是：注释呈现刺激后，让被试判定所呈现的刺激中有无信号，并口头报告。被试对有无信号出现的判断有四种结果：击中、虚报、漏报和正确否定，但判断的条件概率一般只用击中的条件概率和虚报的条件概率，因为其他的两个是这两个条件概率的互补。

信号伴随噪音和单独出现噪音，这两种情况下，分别可以在心理感受量值上形成两个分布：信号加噪音分布和噪音分布，前者也常常简称为信号分布。由于信号总是叠加在噪音背景之上，因此总体上信号分别总是比噪音分布的心理感受更强些。信号分布和噪音分部间的距离也可以作为心理物理学实验中对被试感受性的衡量指标，这被称为辨别力指标（d’）。信号检测论假设，观察者选择某一个似然比的值作为产生“信号”、“噪音”两种判断反应的

分界点，或称决策标准或判断标准（β）。

信号检测论对传统心理物理学的最大贡献在于，采用了辨别力（d’）和判断标准（β）两个指标，把感觉器官的刺激检测能力和反应偏向区别开来。辨别力（d’）反映了被试对刺激的敏感性，受到信号强度与被试感受性的双重影响。d’值越大，表示信号越容易被侦测到，说明信号强度越大或被试感受性越高。d’可以通过信号分布与噪音分布之间的距离来衡量，或表示为接受者操作特征曲线（ROC曲线）的曲率。判断标准（β）则反映了被试的反应偏向，受到非感觉因素——如刺激出现的先定概率，对被试判断结果的奖惩办法，被试的动机等的影响。β值越大，表示被试所采用的判断标准越严格，即被试给出“刺激或刺激差异存在”的反应时越谨慎；反之，β值越小，则表示被试所采用的判断标准越宽松，在被试给出“有”的反应时，越轻率。

本实验的实验目的是：检验当呈现信号和噪音的先定概率发生变化时，对被试的辨别力d和判断标准β是否有影响，并且学习绘制ROC曲线。

2 方法 2.1被试

上师大心理系本科生两名，被试一为男性，被试二为女性

2.2仪器与材料

仪器：计算机及PsyTech心理实验系统。 材料：4种频率声音：1005Hz、1010Hz和1015Hz

2.3程序

登录并打开PsyTech心理实验软件主界面，选中实验列表中的“信号检测论（有无法）”单击呈现实验简介。点击“进入实验”到“操作向导”。在参数设置中，实验者可以让被试先进行预备实验确定信号的频率。如果不做预备实验可以人工选取 1005、 1010、1015中的一种频率的声音作为信号，直接开始实验。

预备实验的指导语是：“这是一个预备实验，使用1号反应盒。每次实验计算机将先后发出两个不同频率的声音。请你判断哪个声音的频率更高。如果你觉得第二个声音比第一个声音的频率高，请按“＋”键；如果觉得第二个声音比第一个声音的频率低，请按“－”键。预备实验将进行30次。当你明白了上述指导语后，请点击下面的“预备实验”按钮开始。”

预备实验结束后，实验者在“预备实验结果”中将正确百分比中最接近80%的频率作为正式实验的信号（SN），而1000HZ则作为噪声（N）。

正式实验指导语是：“这个实验要测验你对声音频率的辨别力，实验将逐个呈现一系列

声音。请你使用1号反应盒，判定出现的声音刺激是信号还是噪声。是信号就按“＋”号键，是噪声就按“－”号键，即使不能肯定也要凭感觉选择。实验将做很多次，每 50次为一组。每组信号和噪声出现的概率可能是不同的。本组实验信号出现的概率为50%。实验开始前请先分别按“信号”按钮和“噪声”按钮熟悉两者的区别，按“信号”按钮将响一次信号声，按“噪声”按钮将响一次噪声。可以多按几次试听。当你明确了下面实验的先定概率以及了解了信号与噪声的区别后就可以点击“开始本组实验”按钮进行实验了。”

本实验有三个先定概率，不同先定概率刺激的呈现按如下顺序进行：0.50、0.20、0.80、0.80、0.20、0.50，并将每种先定概率下的100次实验分为两个50次进行。每50次实验前指导语会告知被试下面要做的实验中信号出现的概率，同时要求被试去点击“信号试听”和“噪声试听”按钮，以熟悉信号与噪声的声音区别。被试明确这两点对准确完成实验非常重要。然后再点击“正式实验”开始。做完6个单元（50次/单元）弹出实验结束提示语。

实验结束，数据被自动保存。实验者可直接查看结果，也可换被试继续实验，以后在主界面的“数据”菜单中查看。

2.4数据处理

采用了EXCEL 2010进行数据处理

3 结果

3.1 描述性统计结果

表1 被试一（女）在三种先定概率下的击中率和虚报率比较表

先定概率 击中率 虚报率

0.2 0.95 0.11

0.5 0.94 0.08

0.8 0.96 0.05

在先定概率为0.2时，被试一的击中概率为0.95，虚报概率为0.11；在先定概率为0.5时，被试一的击中概率为0.94，虚报概率为0.08；在先定概率为0.8时，被试一的击中概率为0.96，虚报概率为0.05。

表2被试二（男）在三种先定概率下的击中率和虚报率比较表

先定概率 击中率 虚报率

0.2 0.15 0.49

0.5 0.52 0.84

0.8 0.81 0.60

在先定概率为0.2时，被试二的击中概率为0.15，虚报概率为0.49；在先定概率为0.5时，被试二的击中概率为0.52，虚报概率为0.84；在先定概率为0.8时，被试二的击中概率为0.81，虚报概率为0.60。

3.2 辨别力（d’）和判断标准（β）计算结果

表3 被试一（女）在不同先定概率下的辨别力（d’）和判断标准（β）

先定概率 辨别力（d’）

0.2 2.86

0.5 2.96 0.80

0.8 3.43 0.79

判断标准（β） 0.

在先定概率为0.2时，被试一的辨别力为2.86，判定标准为0.；在先定概率为0.5时，被试一的辨别力为2.96，判定标准为0.80；在先定概率为0.8时，被试一的辨别力为3.43，判定标准为0.79。

表4被试二（男）在不同先定概率下的辨别力（d’）和判断标准（β）

先定概率 辨别力（d’）

0.2 1.01

0.5 0.94 1.

0.8 0.63 0.70

判断标准（β） 0.58

在先定概率为0.2时，被试二的辨别力为1.01，判定标准为0.58；在先定概率为0.5时，被试二的辨别力为0.94，判定标准为1.；在先定概率为0.8时，被试二的辨别力为0.63，判定标准为0.70。

3.3 根据三对击中率和虚报率的数值，以虚报率为横坐标，以击中率为纵坐标，

两名被试的ROC曲线图

由ROC图可看出，被试一（女）的击中率和虚报率与先定概率无关。

10.80.60.4

ROC曲线

0.200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ROC曲线

10.80.60.4

被试一（女）的ROC曲线

被试二（男）的ROC曲线

由ROC图可看出，被试二（男）的击中率和虚报率随先定概率的增大而增大。

3.4检验两名被试的辨别力d’和判断标准β有无性别差异

表5男女被试辨别力和判定标准的差异比较

项目 辨别力d’ 判断标准β

t 10.538 -0.762

df 4 4

p 0.000 0.4

男女被试的性别差异显著：在辨别力方面，t=10.538, p=0.000<0.05，所以，男女被试的辨别力的性别差异显著；在判断标准方面，t=-0.762, p=0.4<0.05 ，所以，男女被试的判断标准的性别差异显著。

4 讨论

4.1 讨论实验前把信号的先定概率告诉被试的原因，且如果被试不知道这方面的信息，实验结果会有怎样的影响。

实验前把信号的先定概率告诉被试，是让被试对信号和噪音的大体分布有个了解，被试在实验过程中可能由于种种原因在无法判断是“信号”还是“噪音”时会进行主观猜测，由于实验前已经告诉了“信号”出现的概率，所以被试会进行猜测。如果不把实验的先定概率告诉被试，那么被试对信号和噪音的猜测就完全没有了根据，那就只能是瞎猜，没有任何意义。而信号检测论正是需要检测被试的心理特征对于实验结果的影响，告诉被试先定概率就是人为干预了被试的心理特征，以此才能更好的说明。

4.2 有的主试在被试每次回答后都告诉他对错，这种反馈信息有什么作用。

个人认为，当主试告知被试他回答的对错时，会对被试的心理产生一定的干扰，被试会在心中计算自己的正确、错误的次数，然后根据先定概率，对下一个刺激判断为“信号”还是“噪音”进行自我先行判断。如此一来，实验数据就不是完全的根据先行概率对被试的心理影响所得出的，不能够很好的达到信号检测论实验所需要的实验目的，干扰了实验过程。

4.3 关于被试一（女）实验数据的讨论分析

从被试一（女）实验数据的分析结果，特别是ROC曲线中，可以发现，被试一的实验结果似乎并未受到先定概率的影响，击中概率和正确拒斥的概率均维持在很高水平上。结合被试一的具体情况，我们分析，由于被试一曾经长期进行音乐学习，对于声音的敏感性比较高，尤其是在音高方面，即声音的频率，且实验环境保持安静，使得被试能够专心辨别不同的声音频率，由此得出被试一的实验数据正确率较高，且基本未受先定概率的影响。

4.4对信号检测论与传统心理物理法之间区别和联系的讨论

信号检测论能把被试的辨别力和他的反应偏向分开，而传统心理物理法测得的感觉阈限则是两者的混合物。在方法学上，传统方法忽略了对噪音的测量。信号检测论认为，实验条件和方法的不同会造成不同的结果，多半是由于主观的反应偏向造成的，若去掉反应偏向的影响，人的纯感受性或辨别力就恒定了。

信号检测论是传统心理物理法的发展与优化，但它们又都反映了感觉过程的某些方面，将二者整合之后，或可得到更全面的图景。通过信号检测论可以排除主观标准设定的变动，求得感觉系统对某一强度刺激的感受性，增进人们对于阈限的理解以及提供传统和现代心理物理学整合的可能性。

不过，我们一方面要看到信号检测论对心理物理学研究的巨大贡献，要利用这个有利的工具去研究解决一些传统心理物理法所不能解决的问题；另一方面，也要看到传统心理物理法在一定条件下仍不失为测定感受性的一种可靠构方法，并且用起来比信号检测论要简便些。

5 结果

5.1信号检测论是一种心理学实验常用的有效研究方法； 5.2击中率和虚报率会随着先定概率的提高而增加； 5.3被试对声音频率的辨别力和判断标准有显著的性别差异。

参考文献

郭秀艳.(2010).心理实验指导手册.上海：高等教育出版社. 高湘萍等.（2005）.心理实验指导手册.上海.

张厚粲.(2004).现代心理与教育统计学.第3版，北京：北京师范大学出版社.