信号检测论（有无法）
（华东师范大学心理与认知科学学院心理系 张蕊 10090330213）
摘要 本实验目在于学习信号检测论--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。本次实验采用信号检测论中的有无法，测定了三名女性被试在不同先定概率下，对呈现信号和噪音的击中率与虚报率，计算其辨别力d’和判定标准β，并绘绘制操被试操作特性曲线。结果：被试一的辨别力在三种先定概率0.2、0.5、0.8条件下分别为 1.36、0.96、2.02，判定标准β分别为1.25、0.79、0.71，其操作特性曲线与标准曲线有较大的差异，各结果均在讨论中解释。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 ROC曲线 辨别力 判断标准
1引言
本实验用两个不同重量的刺激作为“信号”和“噪声”，随机呈现。根据被试的击中率和虚报率计算辨别力d’和判定标准β，并绘制操被试操作特性曲线，即ROC曲线。
19xx年格希德等人对指尖振动刺激的绝对阈限测定实验反驳了阈限作为不变的感觉界限的观点。此后心理物理学家们从传统心理物理学的阈限理解出发进行推导，结果反证了最初前提假设的错误，为现代心理物理学-----信号检测论的基本思想打开了道路。坦纳和斯韦茨（Tanner & Swets，1954）等人第一次将信号检测论引入对感觉系统的研究上来。
信号检测论是现代心理物理学最重要的内容之一，它的出现彻底改变了以往人们对阈限的理解，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。信号检测论其本质是一种统计决策程序。
辨别力d＇：亦称感觉敏感性。不受情绪、期望、动机等变数影响。d＇值高说明辨别力强。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 ??oo击中
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。
2方法
2.1被试
华东师范大学09本科生三名，身体健康。
2.2实验仪器、材料
EPT512重量鉴别器，其中104克、112克各一个。
2.3实验方法
1.首先，让被试熟悉刺激和噪音，可以进行练习。
2.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：（1）P（SN）=20；
（2）P（SN）=50；（3）P（SN）=80
每种先定概率做100次（分两轮，每轮50次），并实验结果。
3.指导语是：实验开始时请你闭上双眼、手心向上。每次实验我会放一个小盒子在你手上。请你根据盒子的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，并告诉你哪个是信号哪个是噪音，你要记住它们的区别。同时我还会告诉你下面这50次实验中的信号出现的概率。实验要做很多遍，你要认真判断。
4.正式实验时，主试根据先定概率随机呈现信号和噪音，两次呈现刺激的时间间隔应大于3秒。每50次完成后休息3分钟，然后告诉被试下面这50次实验中的信号出现的概率及让被试再次熟悉信号和噪音的区别。根据被试的判断，做好记录。
3结果
3.1 表1 各被试在先定概率下的统计结果
P=0.5 Y 38 被试一 n 12 Y 38 被试二 n 12 Y 30 被试三 n 20
SN N P=0.2
14
SN N P=0.8
70
SN N
4
16
12
8
14
6
10
64
16
60
20
16
64
16
64
20
60
6
10
10
6
14
20
30
16
34
12
38
3.2分别算出3个不同先定概率的击中概率和虚惊概率。然后由PZO转换表算出辨别力d'和判断标准β，填入三线表中。 表2 被试一
表3 被试二
表4 被试三
3.3根据所估计的三对 P(Y/SN)和 P（Y/N）的数值，以虚惊 P(Y/N) 为横坐标，以
击中概率P(Y/SN)为纵坐标，分别画出三个被试的ROC曲线图。
被试一
被试二
被试三
可见二者d’均较大，对两个不同重量的刺激分辨均较清楚。且三个被试分辨能力被试一 > 被试二 > 被试三。
4讨论
4.1比较被试d'和β值， 不同先定概率下被试对声音频率的辨别力和判定标准的差异。
现对被试一进行具体分析：在先定概率为0.20时，其d’为1.36，β为1.25； 在先定概率为0.50时，其d’为0.96，β为0.79；在先定概率为0.80时，其d’为2.02，
β为0.71。
对d’采用单一样本T检验得到m=1.45，t=4.68，sig.=0.043<0.05可认为在统计上有显著差异。即先定概率的不同对被试一的辨别力有显著影响。并且在噪音比重明显占优（先定概率0.2）或信号比重明显占优（先定概率0.8）时，被试的辨别力强，d’平均为1.69；在信号与噪音比重相近时被试判断力较弱，d’仅为0.96.
对β采用单一样本T检验得到t=5.45，p=0.032<0.05，表明被试一在判断标准上有显著差异，且被试二和三的p值均小于0.05；三个被试在不同先定概率下的判断标准均不相同，但是综合大量被试的d’和β还发现，当先定概率为0.2时，被试的β值比先定概率为0.5和0.8时高，这与前人的研究相符。当先定概率很低时，降低β是有利的反应策略，使被试产生反应倾向。
4.2 各被试ROC曲线的解释分析。
由上简图可见，被试一、二、三的ROC曲线均与标准ROC曲线有一定区别，但被试二、三的ROC曲线在形态上和标准ROC曲线较接近，被试一的差异很大，其中原因有很多。
主要原因是实验设计本身的不足 ：1）被试对刺激的感受性受额外相关变量的影响大，如刺激接受的位置、刺激呈现的时间、方式（如加速下落或平稳放置）2)任务十分简单，显得繁琐，被试容易产生厌烦情绪，对刺激的判断较随意。
另外一个引起差异的重要原因就是先定概率仅仅三个指标，在作图的时候不能够很好的体现其真正的变化趋势及走向，在其他具体实验的时候一定要避免这重情况，否则很难找到最佳β以进行后续实验。
根据前人的研究，ROC曲线离对角线越远，被试的辨别力越强，即d’大。被实验的结果与前人的研究相符，辨别力被试一 > 被试二 > 被试三。
4.3信号检测论与传统心理物理法之间的区别和联系。
两者为前后在各自时代背景下出现的测量人的主观感觉阈限的方法，其主要区分在于：
传统心理物理学假设：被试报告为“有”的概率P(y) 仅是物理刺激强度的函数，不受到刺激出现概率P(S)等非感觉因素的影响。事实上， P(S)总是为1将反应局限在击中和漏报两种，真实的被试反应有击中、虚报、漏报、正确拒斥四种，
P(y)=P(Hit)+P(FA) ， P(y)会受到 P(S)的影响。
另外，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的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。
4.4为什么用有无法进行实验前要预先选定信号和噪声？否则将有可能出现什么情况？
这当然是必要的，首先必须让被试清楚区分信号和噪音，因为“有”、“无”都是建立在能否区分信号的基础上的。只有确定明确信号和噪音时才能对给出的刺激做出“有”或“无”的判断。否则被试在实验过程中被试很可能混淆SN与N至最终无法得到实验结果。
5结论
5.1被试的判断标准在先定概率的影响，在先定概率低时（为0.2），标准严格。
5.2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。
5.3不同被试的ROC曲线不同，均与标准曲线有差异，但总体符合标准曲线的趋势。 参考文献
1.郭秀艳、杨治良.实验心理学.人民教育出版社 2004.10
2.杨治良、王新法.心理实验指导手册.华东师范大学心理系，20xx年9月
第二篇：信号侦察论实验报告
评价法——信号侦查论
摘 要：本实验采用心理实验系统，用信号侦查论的评价法，测量被试在不同判断标准下的击中率和虚报率，绘制被试的ROC曲线。实验以两套图片为材料，其中一套作为信号，要求被试在规定条件下记忆，另一套作为噪音，将两套图片混合呈现给被试，被试不仅要对有无信号作出判断，还要求按规定的等级作出评价。这样，被试就有了几个判断标准，因而用一轮实验的结果就可以绘制出被试的ROC曲线，得出被试的感受性和被试在不同判断标准下的击中率和虚报率。
关键词：信号侦查论；评价法；ROC曲线；感受性；判断标准
1. 引言
作为心理物理学的先驱，G.T.Fechner(1801~1887)最先开始注意物理刺激和感觉之间的定量关系。他通过对感觉强度与物理强度之间的数量关系的长期研究，发展出了测量感觉的基本方法。一百多年来，心理物理学方法不断发展，形成了最小变化法、恒定刺激法、平均误差法这三种测量感觉阈限的方法。但这些方法只能测定人对信号的反应，不能测定人对噪音的反应，也不能将人的感受性和其判断标准分开。
美国心理学家W.P.Tanner和J.A.Swets将信号侦查论应用于人的知觉过程，使心理物理学发展到一个新的阶段。信号侦察论不仅测定人对信号的反应，也测定人对噪音的反应，因而能够将人的感受性与其判断标准区分开，并且分别用不同的数量来表达，这是它优于古典心理物理法的地方。
信号侦察论有三个基础实验程序，即有无法、迫选法和评价法。有无法要求实现选定SN刺激和N刺激，并规定SN和N出现的概率，然后以随机方式 呈现SN或N，要求被试回答，刚才的刺激是SN还是N，根据被试对程序刺激的结果来估计P(y/SN)和P(y/N).这种方法忽视了被试强度不同的感觉，只用判断有无信号的简单做法，丢掉了很多实验信息。
相比，评价法可以在相同的时间内获得被试更多的信息。在评价法中，不仅要求被试对有无信号作出判断，还要求按规定的等级作出评价，即说明每次判断的把握有多大。这样，被试就有了几个判断标准，因而用一轮实验的结果就可以绘制ROC曲线，区分出被试的感受性和判断标准。
2. 方法
2.1被试
1名华中师范大学心理辅修班20##级学生，22岁。视力或矫正视力正常。
2.2仪器材料
本实验的仪器为心理实验系统（PES）。实验材料为两套图片：一套是识记过的图片，共60张（每个图片内容不同）作为信号SN；另一套是没有识记过的图片，共60张（每个图片也不同，但与相应的第一套相似），作为噪音N。
2.3实验设计
本实验用图片再认来做评价法实验。第一步，先让被试识记第一套图片，计算机屏幕随机呈现每张图片2s，间隔1s，60张图片连续呈现；第二步，把这60张识记过的图片与第二套60张图片混在一起，仍按上述的方法呈现给被试，让被试判断是否是刚才识记过的，并按照规定的等级按键作出评价。
主试指导被试认真阅读指示语，解释五等级评价的方法，让被试直接点击对应的数字按钮来进行反应。被试明白后开始做实验。
2.4实验程序
打开电脑，打开PES系统。使被试在电脑前合适的位置坐好。被试阅读指导语：“请你来做一个记忆实验，我先给你看60张图片，要求你尽量记住这些图片，电脑播放这些图片的速度是没一秒钟一张。”
被试阅读完毕并理解指导语后，开始实验。根据实验设计，以1s的时间间隔开始呈现第一套的60张图片，每张图片呈现时间为2s。
被试阅读指导语“现在电脑会呈现120张图片，其中一半是你刚才看过的，另一半是新的图片。我给你看一张图片时，你就要判断它是不是刚才看到过的，看过的图片作为信号，请按以下标准按键：5——100%的可能为信号，4——75%的可能为信号，3——50%的可能为信号，2——25%的可能为信号，1——0%的可能为信号。你必须在5秒之内完成判断。请你快些判断。”
根据实验设计，开始呈现二套图片混合后的120张图片，让被试判断是否是刚才识记过的，并按照规定的等级按键作出评价。
实验完毕由计算机统计实验数据。
3. 实验结果
实验结果整理如下：
----------------------------------
类型 １ ２ ３ ４ ５ 合计
----------------------------------
信号 6 7 2 2 43 60
噪音 29 14 6 1 10 60
----------------------------------
表1. 各自信等级下被试判断为信号和噪音的数目
-----------------------------------------------------
类型 1+2+3+4+5 2+3+4+5 3+4+5 4+5 5
-----------------------------------------------------
信号 60 54 47 45 43
----------------------------------------------------
噪音 60 31 17 11 10
------------------------------------------------------
表2. 各判断标准下被试判断为信号和噪音的数目
----------------------------------------------------------
类型 1+2+3+4+5 2+3+4+5 3+4+5 4+5 5
----------------------------------------------------------------
击中率 60/60 54/60 47/60 45/60 43/60
--------------------------------------------------------------
虚报率 60/60 31/60 17/60 11/60 10/60
-----------------------------------------------------------------
表3. 各判断标准下的击中率和虚报率
对表3进一步整理可得出操作者特征曲线（ROC曲线）。
图2. 被试的ROC曲线
4. 讨论
由实验结果可以看出，随着被试判断标准的降低，击中率变大，虚报率变大。此结果支持信号检测论的相关观点。
被试的ROC曲线上的不同位置的点被试判断标准不同。由此图可以计算出被试的判断标准：判断标准=击中率的纵坐标/虚报率的纵坐标，也可以计算出被试的感受性：感受性=击中率P对应的Z分数-虚报率P对应的Z分数。
由被试的ROC曲线可以看出，当被试的判断标准比较高的时候，相对与被试的判断标准比较低时，随着判断标准的降低，击中率和虚报率变化不大。此结果还需找更多的被试重复此实验来研究是偶然现象还是必然现象。
我们还需有更多的被试重复此实验，来比较被试的感受性，对不同被试的不同感受性做方差分析。
5. 参考文献
[1] 朱滢主编，实验心理学，北京大学出版社，2000.7第一版，2001.5第二次印刷，346-350
[2] 杨博民主编,心理实验纲要,北京大学出版社，42-61
6.附录
测验耗时：574秒
[参数表]
图片评价时间(毫秒)=5000
图片呈现时间(毫秒)=2000
图片间隔时间(毫秒)=1000
以下为实验的原始数据：
图片名称 类型 判断
2-10A 信号 5
1-09A 信号 5
3-02B 噪音 1
4-02B 噪音 5
3-01A 信号 5
4-01A 信号 5
1-03A 信号 2
4-08B 噪音 2
3-08B 噪音 2
4-09A 信号 5
2-02B 噪音 1
3-11B 噪音 1
1-08B 噪音 3
2-08A 信号 5
2-01A 信号 5
5-10B 噪音 4
1-07B 噪音 1
1-09B 噪音 5
5-01A 信号 5
2-06B 噪音 2
2-07A 信号 5
5-12B 噪音 5
4-12B 噪音 5
4-07A 信号 5
2-09A 信号 5
4-05A 信号 5
1-01B 噪音 2
4-06A 信号 5
1-12B 噪音 1
4-07B 噪音 5
4-06B 噪音 1
5-04B 噪音 3
5-06B 噪音 3
3-09B 噪音 5
5-07B 噪音 5
1-03B 噪音 1
5-10A 信号 1
4-04A 信号 3
4-10A 信号 5
5-03A 信号 5
2-05B 噪音 1
3-10A 信号 1
5-08B 噪音 2
5-05B 噪音 2
2-12A 信号 5
4-08A 信号 5
1-05A 信号 5
1-06B 噪音 5
3-12B 噪音 1
3-01B 噪音 1
4-05B 噪音 1
3-07A 信号 4
1-11B 噪音 2
3-12A 信号 5
3-11A 信号 2
5-02A 信号 5
2-08B 噪音 2
3-06B 噪音 1
5-11B 噪音 5
3-10B 噪音 2
5-05A 信号 5
1-06A 信号 2
1-12A 信号 5
1-04B 噪音 1
2-04B 噪音 1
1-10B 噪音 1
2-07B 噪音 1
2-01B 噪音 2
5-03B 噪音 2
5-09A 信号 1
5-04A 信号 5
2-09B 噪音 3
4-03B 噪音 1
2-11B 噪音 1
1-11A 信号 5
5-12A 信号 5
3-07B 噪音 2
4-11A 信号 5
2-10B 噪音 1
2-03B 噪音 1
2-06A 信号 1
3-04B 噪音 5
2-11A 信号 1
5-06A 信号 5
4-11B 噪音 1
1-07A 信号 5
4-04B 噪音 3
3-08A 信号 5
5-02B 噪音 1
3-09A 信号 1
5-09B 噪音 1
3-06A 信号 5
1-01A 信号 5
4-03A 信号 5
2-12B 噪音 1
1-04A 信号 5
5-01B 噪音 2
4-12A 信号 5
4-01B 噪音 1
5-11A 信号 5
3-02A 信号 5
3-04A 信号 2
2-04A 信号 2
4-10B 噪音 3
2-03A 信号 5
2-02A 信号 5
3-05A 信号 5
4-02A 信号 5
2-05A 信号 2
1-05B 噪音 2
3-05B 噪音 1
3-03B 噪音 1
4-09B 噪音 1
1-10A 信号 2
5-08A 信号 5
1-08A 信号 5
3-03A 信号 3
5-07A 信号 4
1-02B 噪音 1
1-02A 信号 5