第四节信号检测论(1)
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实验心理学
主讲教师：孟小红 教育科学学院
第三节 信号检测论
极 限 法 恒定刺激法 传统心理物理学方法 平均差误法 信号检测论------现代心理物理学方法
第三节 信号检测论
本节主要内容：
一、信号检测论的由来
二、信号检测论的基本原理
三、信号检测论的两个独立指标 四、接收者操作特性曲线 五、信号检测论的实验方法 六、信号检测轮在实际领域的应用
(1) 先定概率
信号检测中噪音和信号出现的概率。
(2) 奖惩办法
主试对被试（信号检测者）判定结果的
奖惩措施。
2、报告标准——C
I2: 高强度刺激 I1：低强度刺激
Z1: 低强度刺激时正确拒斥概率对应的Z值。 d’: 辨别力指标
（二）敏感性指标
敏感性可以表现为噪音分布fN(X)与信号加噪 音分布fSN(X)之间的分离程度。两者的分离程度越 大，敏感性越高；分离程度越小，敏感性越低。
VnN:正确否定的奖励数，VyN:虚报成法数
VyS:击中的奖励数，
VnS:漏报的惩罚数
三、信号检测论的两个独立指标
（一）反应偏向
1、似然比值 数学定义： 给定Xc水平上信号分布的纵轴与噪音分布的 纵轴之比。即
击中率的纵坐标 虚报率的纵坐标
反应偏向的影响因素（最优决策原则）
H0是真 （无信号）
反应（决策）
接受H1 （有信号） 接受H0 （无信号）
击 中 (H)
虚 报 (FA)
漏 报 (M)
正确拒斥 (CR)
1-
1-
2、最优决策原则
(1) 先定概率
信号检测中噪音和信号出现的概率。
(2) 奖惩办法（支付矩阵）
主试对被试（信号检测者）判定结果的
奖惩措施。
总结：
例：图片再认实验
有两组图片，一组是“新的”（即未见 过的），一组是“旧的”（即已看过的）。 在实验过程中，先让被试看一组图片，然后 将其与另一组图片混合，被试在再认过程中， 根据自己确定的标准，回答“新的”或“旧 的”。 结果如下（设：新刺激强度为0，旧刺激强度为1）
四、接受者操作特性曲线
又称等感受性曲线（sensitivitycurve），
即曲线上各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 同的判定标准下所得的结果。 接受者操作特性曲线是以虚惊概率为横轴， 击中概率为纵轴所组成的坐标图。图中曲线 是由被试在特定刺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。
一、信号检测论的由来
1、初步形成 通讯工程 -----维纳滤波理论（1941） 2、发展 雷达探测技术-----最佳线性滤波理论（1943） 3、成熟 50年代以后，广泛应用现代数学工具的基础 上建立了比较系统成熟的信号检测论。
4、在心理学中的应用
(1)该理论本身的影响力波及到了心理学。
在该理论影响下，心理学家开始探索从信息加 工的角度理解人的感知觉系统。 1954年Tanner和 Swets首次把信号检测论运用 到人的感知觉研究中。 (2)传统心理物理学方法有待完善。
3、迫选法
实验程序： 1、刺激呈现方式。一般每次给被试呈现的刺激数目为2-8个 刺激，其中只有一个是信号，其余为噪音，这种呈现刺激的方式 称为mAFC方式（多项迫选法），即每次从呈现的m个刺激中选出 信号，如2AFC即从两个刺激中选出信号，4AFC是从4个刺激中选 出信号，6AFC是从6个刺激中选出信号等。在呈现刺激时，每次 呈现的多个刺激可以同时呈现，也可以相继呈现，具体情况根据 实验的要求和实验设计而定。信号在每组刺激中呈现的位置或先 后顺序是完全随机的。 2、反应方式。当呈现多个刺激后，只要求被试回答哪个是信 号。被试回答是信号的依据是他对刺激量的差异的感觉，如果感 觉到某一刺激与其他刺激有显著差异，或与信号的感觉量一致， 就判断为信号，如果判断后发现错误，及时更正即可。 3、计算感受性的方法。根据实验次数和被试正确判断次数可 计算正确判断概率，公式如下：P（C）＝C/N C为被试正确判断的次数，N为被试判断的总次数，P（C）是反应 被试辨别力的指标，P（C）越高，说明感受性越高。求出P（C） 后，转换为d′。
2、评价法
事先选定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，不 仅要求被试回答，刚才的刺激是SN还是N，还 要求按规定的等级（5——90%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——25% ） 作出评价，即说明每次判断的把握有多大， 这样被试在一个实验中就会有几个标准。所 以比有无法能提供更多信息。
实例 ：ROC曲线的具体绘制过程
选图画页500页，分成五个组，每组100张。
五组画页的先定概率分别是0.1、0.3、0.5、 0.7和0.9。 结果如下：
22
五、信号检测论的实验方法
1、有无法
2、评价法 3、迫选法
1、有无法
这个方法要求事先选定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。 根据被试对呈现刺激的判断结果来估计 P(y/SN)和P(y/N)。
反应
有信号 刺激 有信号 (SN) 无信号
+1
源自文库
-1
无信号 （N）
-1
+1
支付矩阵
在一定的信号、噪音出现的先 定概率条件下对被试判定结果的奖 惩办法。
β惰性（sluggish beta）
反应者确实在根据信号概率和支付矩阵 的变化调节β，但β的调节没有达到理想水 平。这个现象称为β惰性 .
最优决策或最大收益（βopt ）的计算公式：
六、信号检测轮在实际领域的应用
当：P（N）/P（SN）>1时，Xc偏高
P（N）/P（SN）<1时，Xc偏低 P（N）/P（SN）=1时，Xc适中
支付矩阵 反应
有信号
刺激 有信号 (SN)
无信号
+20
-20
无信号 （N）
-1
+1
支付矩阵
反应
有信号 刺激 有信号 (SN) 无信号
+1
-1
无信号 （N）
-20
+20
支付矩阵
二、信号检测论的基本原理
1、统计学原理
信号检测论的数学基础：统计决策理论 噪音中检测信号可以看作一个统计判断过程
2、最优决策原则
反应
有信号 刺激 无信号
有信号 (SN)
击 中 (H) 虚 报 (FA)
漏 报 (M) 正确拒斥 (CR)
无信号 （N）
反应
刺激 事 实
H1是真 （有信号）
主讲教师：孟小红 教育科学学院
第三节 信号检测论
极 限 法 恒定刺激法 传统心理物理学方法 平均差误法 信号检测论------现代心理物理学方法
第三节 信号检测论
本节主要内容：
一、信号检测论的由来
二、信号检测论的基本原理
三、信号检测论的两个独立指标 四、接收者操作特性曲线 五、信号检测论的实验方法 六、信号检测轮在实际领域的应用
(1) 先定概率
信号检测中噪音和信号出现的概率。
(2) 奖惩办法
主试对被试（信号检测者）判定结果的
奖惩措施。
2、报告标准——C
I2: 高强度刺激 I1：低强度刺激
Z1: 低强度刺激时正确拒斥概率对应的Z值。 d’: 辨别力指标
（二）敏感性指标
敏感性可以表现为噪音分布fN(X)与信号加噪 音分布fSN(X)之间的分离程度。两者的分离程度越 大，敏感性越高；分离程度越小，敏感性越低。
VnN:正确否定的奖励数，VyN:虚报成法数
VyS:击中的奖励数，
VnS:漏报的惩罚数
三、信号检测论的两个独立指标
（一）反应偏向
1、似然比值 数学定义： 给定Xc水平上信号分布的纵轴与噪音分布的 纵轴之比。即
击中率的纵坐标 虚报率的纵坐标
反应偏向的影响因素（最优决策原则）
H0是真 （无信号）
反应（决策）
接受H1 （有信号） 接受H0 （无信号）
击 中 (H)
虚 报 (FA)
漏 报 (M)
正确拒斥 (CR)
1-
1-
2、最优决策原则
(1) 先定概率
信号检测中噪音和信号出现的概率。
(2) 奖惩办法（支付矩阵）
主试对被试（信号检测者）判定结果的
奖惩措施。
总结：
例：图片再认实验
有两组图片，一组是“新的”（即未见 过的），一组是“旧的”（即已看过的）。 在实验过程中，先让被试看一组图片，然后 将其与另一组图片混合，被试在再认过程中， 根据自己确定的标准，回答“新的”或“旧 的”。 结果如下（设：新刺激强度为0，旧刺激强度为1）
四、接受者操作特性曲线
又称等感受性曲线（sensitivitycurve），
即曲线上各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 同的判定标准下所得的结果。 接受者操作特性曲线是以虚惊概率为横轴， 击中概率为纵轴所组成的坐标图。图中曲线 是由被试在特定刺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。
一、信号检测论的由来
1、初步形成 通讯工程 -----维纳滤波理论（1941） 2、发展 雷达探测技术-----最佳线性滤波理论（1943） 3、成熟 50年代以后，广泛应用现代数学工具的基础 上建立了比较系统成熟的信号检测论。
4、在心理学中的应用
(1)该理论本身的影响力波及到了心理学。
在该理论影响下，心理学家开始探索从信息加 工的角度理解人的感知觉系统。 1954年Tanner和 Swets首次把信号检测论运用 到人的感知觉研究中。 (2)传统心理物理学方法有待完善。
3、迫选法
实验程序： 1、刺激呈现方式。一般每次给被试呈现的刺激数目为2-8个 刺激，其中只有一个是信号，其余为噪音，这种呈现刺激的方式 称为mAFC方式（多项迫选法），即每次从呈现的m个刺激中选出 信号，如2AFC即从两个刺激中选出信号，4AFC是从4个刺激中选 出信号，6AFC是从6个刺激中选出信号等。在呈现刺激时，每次 呈现的多个刺激可以同时呈现，也可以相继呈现，具体情况根据 实验的要求和实验设计而定。信号在每组刺激中呈现的位置或先 后顺序是完全随机的。 2、反应方式。当呈现多个刺激后，只要求被试回答哪个是信 号。被试回答是信号的依据是他对刺激量的差异的感觉，如果感 觉到某一刺激与其他刺激有显著差异，或与信号的感觉量一致， 就判断为信号，如果判断后发现错误，及时更正即可。 3、计算感受性的方法。根据实验次数和被试正确判断次数可 计算正确判断概率，公式如下：P（C）＝C/N C为被试正确判断的次数，N为被试判断的总次数，P（C）是反应 被试辨别力的指标，P（C）越高，说明感受性越高。求出P（C） 后，转换为d′。
2、评价法
事先选定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，不 仅要求被试回答，刚才的刺激是SN还是N，还 要求按规定的等级（5——90%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——25% ） 作出评价，即说明每次判断的把握有多大， 这样被试在一个实验中就会有几个标准。所 以比有无法能提供更多信息。
实例 ：ROC曲线的具体绘制过程
选图画页500页，分成五个组，每组100张。
五组画页的先定概率分别是0.1、0.3、0.5、 0.7和0.9。 结果如下：
22
五、信号检测论的实验方法
1、有无法
2、评价法 3、迫选法
1、有无法
这个方法要求事先选定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。 根据被试对呈现刺激的判断结果来估计 P(y/SN)和P(y/N)。
反应
有信号 刺激 有信号 (SN) 无信号
+1
源自文库
-1
无信号 （N）
-1
+1
支付矩阵
在一定的信号、噪音出现的先 定概率条件下对被试判定结果的奖 惩办法。
β惰性（sluggish beta）
反应者确实在根据信号概率和支付矩阵 的变化调节β，但β的调节没有达到理想水 平。这个现象称为β惰性 .
最优决策或最大收益（βopt ）的计算公式：
六、信号检测轮在实际领域的应用
当：P（N）/P（SN）>1时，Xc偏高
P（N）/P（SN）<1时，Xc偏低 P（N）/P（SN）=1时，Xc适中
支付矩阵 反应
有信号
刺激 有信号 (SN)
无信号
+20
-20
无信号 （N）
-1
+1
支付矩阵
反应
有信号 刺激 有信号 (SN) 无信号
+1
-1
无信号 （N）
-20
+20
支付矩阵
二、信号检测论的基本原理
1、统计学原理
信号检测论的数学基础：统计决策理论 噪音中检测信号可以看作一个统计判断过程
2、最优决策原则
反应
有信号 刺激 无信号
有信号 (SN)
击 中 (H) 虚 报 (FA)
漏 报 (M) 正确拒斥 (CR)
无信号 （N）
反应
刺激 事 实
H1是真 （有信号）