实验心理学实验报告

时间:2024.3.28

信号检测论(有无法)实验报告

摘要:运用信号检测论“有无法”,测定在不同先定概率下,4名女生被试对呈现信号和噪音的击中率和虚报率,计算其辨别力d’和判定标准,并绘制接受者特征曲线。检测被试辨别力、判断标准的高低和面对不同先定概率下的反应偏向,测出被试对信号和噪音的辨别能力。结论:1.被试的辨别力受先定概率的影响,在先定概率接近0.5时,被试的辨别力弱;2.被试的判断标准受先定概率的影响,在先定概率低时(为0.2),标准严格;3.不同被试的ROC曲线不同。

关键词:信号检测论、有无法、辨别力、判断标准、ROC曲线

.引言

信号检测论是现代心理物理学的重要组成部分,它的出现彻底改变了人们对阈限的理解,将个体的感受性和主观的动机、反应偏好等加以区分,从而解决了传统心理物理学无法解决的问题。是以统计判定论为根据的理论基本原则是把刺激的肯定程度用有序的方法数量化。信号检测论(signal detection theory,简称SDT,或称信号侦察论、信号觉察论)的研究对象是信息传输系统中信号的接收问题。在心理学中,它是借助于数学的形式描述“接收者”在某一观察时间内将掺有噪音的信号从噪音中辨别出来。

信号检测论的理论基础是统计决策。信号检测论本身就是一个以统计判定为根据的理论。它的基本原理是:根据某一观察到的事件,从两个可供选择的方面中选定一个。人们要想作这样的决策,必须有一个选择的标准。由于事物之间的区别并不那么明显,人在作选择决策时往往不是对就是错,因此当刺激超过这一标准时被试就以有信号反应,当刺激达不到这一标准时被试就以无信号反应。

信号检测论应用于心理学中的基本原理是:将人的感官、中枢分析综合过程看作是一个信息处理系统,应用信号检测论中的一些概念、原理对它进行分析。具体做法是把人类个体比作一个信号感受器,具有对信息辨别的感受能力能在信号的背景噪音不易分清的实验条件下根据可供选择的假说选定一个做为判断标准报告出现的是信号还是噪音。如果把噪音除外,人类个体所测定的感受性及主观态度就可以被分开。

信号检测论在心理学中具体应用时,常把刺激变量当作信号,把对刺激变量起干扰作用的因素当作噪音,这样就可以把人接收外界刺激时的分辨问题等效于一个在噪音中检测信号的问题,从而便可应用信号检测论来处理心理学中的实验结果。提高信号检测的能力就意味着要提高信号检测的正确率,是结果更为可靠,减少盲目性(任立国,2001),而观察者是否报告取决于两个条件,一个是信号出现的概率,一个是是报告对错与会受到的奖罚程度。在船舶瞭望、敌机侦查等漏报代价重大的事件在具体的实际操作中,应当选用较精确的方法,并尽可能提高相关人员发现危险信号的敏锐性。(张铎,2007)信号检测论在司法中也有广泛应用,认证是证明过程中的关键环节,是证据制度中的核心部分,只有经过准确认定才能运用证据,使案件的结论建立在可靠的事实基础上(乐国安,李安)。

在信号检测实验中,被试对有无信号出现的判断可以有四种结果:击中、虚报、漏报、正确否定。本实验的目的:以信号检测论有无法为手段,检验当呈现信号和噪音的先定概率发生变化时,对被试辨别力(d’)和判断标准是否都有影响,并学习绘制ROC曲线。

.实验方法

1.实验目的:

经过重量辨别,学习信号检测实验的有无法,掌握信号检测实验的基本原理。

2.实验仪器与材料:

JGW—B心理实验台操作箱,100克,104克,108克和112克的重量各一个。

3.被试:安徽大学10级哲学系应用心理学,4名女生,20—21岁。

4.实验步骤:

(1)准备工作

把104、108和112克的重量与100克的重量各比较10次,选出一个在10次比较中有7次或8次觉得比100克重的重量作为信号刺激(SN),100克的重量作为噪音(N)。

主试按下列3种不同的SN、N出现的概率安排实验顺序:

              (1)      (2)       (3)

P(SN)       0.20        0.50        0.80

P(N)        0.80        0.50        0.20

(2)正式实验

A、在每50次实验开始前,先让被试熟悉一下信号和噪音的区别,并告诉被试在这50次中信号出现的概率。

B、主试按顺序呈现刺激,每种先定概率做100次,其中信号在前和信号在后各50次。50次中信号和噪音出现的顺序按随机原则排列。哪一次呈现信号,哪一次呈现噪音务必搞清楚。两次呈现刺激的时间间隔至少3秒,千万不要为了赶进度连续不断地呈现刺激。

C、被试提举重量时,提得高低、快慢要前后一致。提举后,若判断为信号就回答“信号”,主试就在记录表上相应的( )内记下“+”号;若判断为噪音就回答“噪音”,主试就记“—”号。每做完50次休息2分钟。

D、按上述方法,直到做完300次为止。

E、换被试重做上述实验。

三、实验结果(数据分析)

原始数据?!(附录)

1、根据300次实验结果,按先验概率的不同,列出32×2方阵,并计算相应的击中条件的概率PYSN)和虚报的条件概率P(Y/N).

2、根据估计的三对P(YSN)P(YSN),以P(YN)为横坐标,以P(YSN)为纵坐标,画出ROC曲线。

3、把同各对P(YSN)P(YN)相应的Z值和O值查出来,并计算d’和β,列表如下。

四、分析与讨论(误差分析和研究展望

被试反应=客观的感受过程+主观的决策过程,传统心理物理法无法把感受性的测量和被试的动机、态度等主观因素造成的反应分开。信号检测论是在科学技术发展下对传统阈限测量方法前提的质疑中得到发展的,是阈限测量的完善过程。

说明被试重量辨别的感受性,以及SN的先验概率对被试判断标准的影响。

1. 通过ROC曲线可以看出,被试的重量辨别的感受性较强。ROC曲线较靠近对角线,说明被试的感受性不高不同人的感受性有差异,但不影响判断标准。?!(依据数据)

2.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)。感受性d’会受先定概率的影响。

从图一中可以观察到被试甲与被试乙的两条ROC曲线与偶然事件直线的距离都相距得比较远,可知两位被试的感受性d’都是比较高的,但由于实验器材的缺陷,其中的误差也是不小的(后面有详细说明)。

从表1与表2中可知,被试甲的感受性d’随着先定概率的增大而增大,而被试乙的感受性d’则随着先定概率的增大而先减少再增大。

照理论分析,当先定概率处于中间(0.5)时,信号与噪音出现的频率一样,被试通过猜测来而回答正确的概率会下降,期望效应的作用不大,也就说被试的感受性是最低的。当先定概率向两极延伸时,被试将更有可能猜中结果,因此被试的感受性会升高。所以被试乙的实验结果与理论符合。至于被试甲的实验结果不符合规律,可能的原因有:

1)练习效应,在实验刚开始的时候,被试可能会由于对信号与噪音的记忆不深,所以回答的正确率较低。但随着实验的进行,通过不断地接受信号和噪音刺激,被试对两者的记忆会越来越深,因此回答的成绩也会在一定范围内慢慢升高

2)疲劳效应,由于整个实验需要做300次之多,而实验的时间又有限,被试得不到充分的休息(实验过程中被试乙曾报告说手感觉到酸麻),这造成了被试反应的实验结果受到影响。另外被试的态度对实验结果也有很大影响,被试可能因为实验次数过多而觉得不耐烦,因为希望快速结束实验而不认真作答。

3)实验器材缺陷。本次实验中用来辨别重量的圆柱体有部分是损坏的(部分圆柱体内部的金属块碎裂),被试在辨别重量的时候,有些圆柱体会发出声响,所以即使被试被蒙着眼睛,有些时候还是可以通过听声音来猜测,导致了实验结果有作假的可能。

4)实验环境的干扰。由于实验进行的时候,实验室里还有多个小组同时也在进行实验,多个被试都在作报告,造成实验室内比较吵闹,由此被试的情绪、判断能力可能会受到一定的影响。

(5) 与被试本身对实验的态度有关: 实验采用较容易作出判断的有无法,被试不需要对刺激强度进行判断,可能对于被试注意力要求不严格,因此判断标准较低

(6) 也可能由于主试事先告知被试信号和噪音出现的次数,使被试产生期望误差

(7) 刺激本身比较接近,重量差异较小,如,100克和104克等,很难让人觉察出区别。被试难于判断而放宽反应标准。

2、判定标准会受先定概率的影响,上表可以看出先定概率不影响重量辨别感受性,影响判断标准。

在被试的反应中,当先定概率较小时,被试的判断标准就高,其就会倾向于少说信号。当先定概率较大时,被试的判断标准就降低,其就会倾向于多说信号。然而先定概率越大,判定标准就越松;先定概率越小,判定标准就越严格,这就影响到了被试的反应,即被试在决定某一个感觉是由信号或噪音引起时,是根据自己的主观标准来判断的,这个判定标准受SN呈现的先定概率和对反应的奖惩办法两个因素的影响而发生变化。先定概率不影响重量辨别感受性,但影响判断标准。先定概率越大,判定标准越松;先定概率越小,判定标准越严格。

  从表1和表2中可知,被试甲与被试乙的值都随着先定概率的增加而下降,也就是说两位被试的判断标准都随着先定概率的增大而变得越来越宽松,这是比较符合规律的。

根据理论分析,在实验过程中很多的时候,被试仅仅凭借自己的感觉是很难分辨出哪个是信号哪个是噪音,作出肯定回答的。在这些模棱两可的情况下,被试往往会加入自己的主观感情去猜测。因为期望效应,所以当先定概率较低时,被试会倾向于猜测判断“无信号”,而当先定概率较高时,被试则会倾向于猜测判断“有信号”。

 所以,当先定概率为0.2时,两位被试的判断标准都比较严格, 都大于2,说明不容易报告“有信号”;当先定概率为0.5时,两位被试的判断标准都放宽了, 都小于2;当先定概率达到0.8时,两位被试的判断标准都变得非常宽松了, 都小于1。

3、信号检测论的应用

1)其他测量感受性的实验中

 例如,运用信号检测论的方法可以测量先定概率对回忆的影响。实验中可选图画500页,分为5组每组100张。5组画页的先定概率分别是0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。对于每组画页,主试使用一种信号的先定概率,然后按此先定概率呈现给被试一定数量的画页,要求被试把它们当做“信号”记住。作为信号的画页呈现完毕后,与此组作为噪音的画页混合,然后随机地逐张呈现给被试。这时,每呈现一张画页,即要求被试判断此画页是“信号”还是“噪音”,并要求被试把结果记录在实验纸上。根据五种先定概率得到的实验结果,就可计算击中概率和虚惊概率。

(2)信号检测论在再认研究中的应用

再认任务中被试所面临的问题实际上把当前的刺激与记忆痕迹进行比较,检测当前刺激是否是曾经学过的词,用“是”或“不是”做反应。而这种实验任务是典型的信号检测问题。

SDT用于再认研究的优点:

传统再认测验法的实验结果可能受到各种主观因素或反应偏向的影响,而SDT可分离出这些因素的影响;

SDT的再认研究中,错误反应包括漏报和虚报,有利于进一步分析错误原因;

因变量d’比传统的再认法指标正确率和错误率更灵敏。

信号检测论在再认研究中的应用举例:研究题目:识记材料类型对再认效果的影响

研究方法:信号检测论的有无法或评价法(讨论:具体如何实施?),把学过的词或图形,即“旧”的刺激作为信号,把没学过的词或图形,即“新”的刺激作为噪音。

实验设计:采用单因素完全随机设计。自变量为识记材料的类型,分三个水平:具体事物图形,抽象图形,具体事物的名词。

实验材料:包括各种类型的新旧图形各25张。(如果采用有无法,考虑先定概率,实验材料可做如何安排?)

3)信号检测论在内隐记忆研究中的应用

2.SDT用于内隐记忆研究的原理

     原理: Merikle和Reingold(1991)认为,如果在内隐记忆实验中,某种间接测量与直接测验相比,或与控制条件相比显示了较高的辨别力,那么在这种测验中就存在内隐记忆。也就是说可通过辨别力的比较证实内隐记忆是否存在。

SDT用于内隐记忆研究举例:研究题目:有关内隐学习规律的研究

实验设计:两因素多水平设计。第一个自变量是“有无回忆”,为被试内变量,分成两个系列:A系列要求被试在记忆字母串后做三次连减“3”的心算题目,当屏幕上出现“A”时,回忆出整个字符串,每次回忆后有正确答案进行核对,以保证记忆效果;B系列也要求被试在记忆字母串后做连减“3”的心算题目,当屏幕上出现“B”时,要求回答算术答案。第二个自变量为“信号与噪音的比例大小”。信号是指含有“SCT”的字符串;噪音为不含有“SCT”的字符串。该自变量有六个水平,即A、B两个系列中所含的“SCT”的比例有6种,为被试间变量,所以有6个被试组。研究的主要问题是A、B系列的再认指标d’是否与SCT的含量有关。

实验过程:分两个阶段:(1)学习阶段,呈现指导语,明确A、B系列的不同要求,对字符串进行回忆或不回忆,达到不同的学习效果;(2)测验阶段,呈现60个字符串,有的含有“SCT”,有的不含“SCT”,有的属于A系列,有的属于B系列,要求被试对A、B作出选择反应。

实验结果:被试在学习阶段接触含“SCT”字符串的机会越多,对A、B系列的分辨能力越强;尽管被试在学习时是盲目的,对“SCT”毫无意识,但在测验中却表现出了先前对“SCT”的接触对A、B系列进行辨别的影响。证明内隐学习是存在的。

SCT 作为信号的含义主要表现在它的含量类似于先定概率。击中概率与虚报概率是基于A、B的判断算出来的。

(4)信号检测论在心理学其他领域的应用

.A.司法心理学有关目击证人证词正确性的研究

见证人对犯罪嫌疑人的辨认也属于信号检测问题。判断标准的高低将导致不同的后果.

犯罪嫌疑人——击中:职权侦查、法定起诉; /漏判:逍遥法外

被告

        无辜者——正确否定:无罪推定,释放;/错判:冤假错案

米兰达规则包含判决的可错性:

判决的可错性:在特定的时效内和既定的科学认识水平下,法律裁判的错误性无法完全避免。

“法律人在判断犯罪嫌疑人(被告人、罪犯)与无辜时,其心理确信程度可视为一个有强度差异的连续体。” ——模糊感觉连续体

分布:  无辜者构成犯罪的可能性的分布也会接近正态(无辜者全体的分布); “犯罪嫌疑人”构成犯罪(法定)的可能性的分布也会接近正态的(嫌疑人群体的分布)

犯罪嫌疑人中存在无罪者,无辜中存在犯罪嫌疑人(两种分布交叉,可错性的实质)。

                                              

 ——如何获得击中概率和虚报概率?

(乐国安,李安:信号检测论在刑事诉讼认定证据中的应用)

有关研究得出的启示:肯定回答并很有信心的人实际上比不太肯定的人敏感性更低;告诉见证人罪犯可能不在“队列”中,能使反应偏向接近最佳水平。

B. 工程心理学,有关警戒操作的研究

警戒:是指操作者在相当长的一段时间内,对环境中偶然出现的某种信号进行觉察并作出反应的持续准备状态。

“钟表任务”

研究发现:警戒衰退可能由敏感性下降和反应偏向两种原因引起。敏感性降低的原因有:疲劳,记忆因素。

警戒衰退的唤醒理论(d’不变, β增高)和期望理论(反应偏向的调整)。

防止警戒衰退的办法:改善操作者对信号特征的记忆和降低其记忆负荷,反复训练,信号增强,转换感觉通道。

C. 信号检测论与地震预测:地震信号

预测结果

击中:地震预警信号出现,发现了也汇报了。

漏报:地震预警信号出现,但没有汇报,可能是由于没留意(为什么?),也可能留意了但不愿汇报(为什么?如何解决?)。

虚报:地震预警信号没有出现,以为有去汇报了。

正确否定:地震预警信号没有出现,没有去汇报。

D.医学心理学,有关痛阈的研究

a.医学诊断中的应用

医生需要对病人作出“是”或“否”的判断。即也涉及到信号和噪音的辨别问题。虚报和漏报都可能导致严重后果。通过ROC曲线可以分析医生诊断操作的特点。如对X光片做正常或者异常的判断。

b.Clack(1974)对痛感受性和报痛的研究

传统的心理物理法公认,提示能提高耐痛阈,并且这种提高是由痛觉的减轻导致的;而信号检测论的研究结果完全否定了这种解释,认为提示的唯一作用是使被试提高痛阈报告的标准。

信号检测论与上帝是否存在

证据主义的核心原则:“无论是谁,无论在哪,只要相信没有充分证据的东西,就会大错特错。”(Clifford )

“除非得到充分的证明,则绝对不能信”的极端观点只适用于某些特定领域,如科学研究,而如果将其不假思索得推广到人生的所有领域就很有可能让我们错过生命中非常重要的东西,甚至是关于生命的绝对真理。(William James )

有没有一些信念我们是可以不借助充分的证据就应当坚定的接受并加以持守呢?

“证据主义”认为一类错误比较严重,而“改革宗认识论”则认为二类错误比较严重。

当我们面对生活,面对生命,面对朋友亲人的时候,用“改革宗认识论”比较妥当。因为你的生命是有限的,不够用来反复做实验搜集证据。而且你的风险太大了。                                        ——神学的认识论
 

五、结论

1、实验中测出了两位被试在不同先定概率中对重量差别的感受性d’和判定标准 。

2、根据分析可知,先定概率确实对被试的反应结果存在影响。感受性d’在先定概率为0.5时为最小,随着先定概率的大小向两极延伸,感受性d’会升高。另外,随着先定概率的增大,判定标准 会下降。因此推翻了传统心理学中认为感觉阈限是一个单一确定的值的假设。

3、通过实验学会了根据实验结果绘制ROC曲线。

4、经过本次实验,学习了信号检测实验的有无法,已掌握信号检测实验的基本原理及操作流程,达到了实验目的。

六、参考文献

1.郭秀艳著、杨志良审订.实验心理学. 北京:人民教育出版社,2004

2.杨志良.实验心理学.杭州:浙江教育出版社,1998 

3.杨志良主编,《基础实验心理学》,甘肃人民出版社,1988,122——127。146——148。

4.杨博民主编,《心理实验纲要》,北京大学出版社,1989,51——54。

5.赫葆源主编,《实验心理学》,北京大学出版社,1983,131——136

6.坎特威茨等著,郭秀艳等译,《实验心理学》,华东师范大学,120——125.

7.埃尔姆斯等著,马剑虹等译,《心理学研究方法》(第8版),224——225.

8.何立国.信号检测论在内隐学习研究中的应用.湛江师范学院学报,2001,22(2):118-121

9.张铎.信号检测论在船舶瞭望中的应用.中国航海学会20##年度学术交流会优秀论文集专刊:149-156

10.乐国安,李安.信号检测论在刑事诉讼认定证据中的应用。政法学刊,2004,21(3):3-5

              

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