信号检测论ppt
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• 人类的感知系统好比是一个信号觉察器， 各感官都可看作是一个信息处理系统。我 们把各种刺激看作是信号，把刺激的随机 物理变化和感官信息处理中的随机变化看 作是噪音。
• 这普遍存在于各个实验之中，各感官对信 号的分辨问题与电子侦察系统对信号的分 辨非常相似。
24.05.2020
-
10
第三节 信号检测论
第三节 信号检测论
24.05.2020
-
1
第三节 信号检测论
• 本节思考题 • 1.解释：信号检测论、ROC曲线 • 2.先定概率、奖惩办法是如何英雄判断标准
的？ • 3.似然比β的值说明什么问题？ • 4.辨别力d’的值说明什么问题？
24.05.2020
-
2
第三节 信号检测论
• 一、信号检测论的由来
24.05.2020
-
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第三节 信号检测论
• 公式中“O”代表纵轴高度。从中可以看到， β因先定概率不同和判定结果的奖惩办法不 同而不同。
• 计算过程中必不可少地要使用PZO转换表， 表中P代表概率，Z代表标准分数，O代表概 率密度（也即是纵轴高度），PZO转换表就 是这三个数值之间的对应互换关系。
• 如果由击中而获得的奖励小于由虚报受到 的惩罚，被试倾向于“无信号”的反应；
• 当然，由于漏报、正确拒斥而受到的奖惩 的大小对反应也有类似的影响。
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-
21
第三节 信号检测论
• 一般说，在只有两个事件的情况下，如果 奖励等于惩罚，则按信号和噪音的先定概 率确定判断标准；
• 如果先定概率相等，则按奖励、惩罚的大 小决定判断标准。
• 1.先定概率 • 主试呈现的刺激，有时只呈现“噪音”刺激（以N
表示）；有时是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）。因为先定概率影响被试的判定标准。 • 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）要先给被试一个预备 信号。
• 如果要求尽可能不漏掉信号，就得把反应的临界 水平调得很低，但这要付出一定的代价，那就是 有时信号并没有出现，只要传感器的输出达到这 个反应水平，侦察反应就出现“有信号”反应。 此种情况用信号检测论的语言来说，叫“虚报”。
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6
第三节 信号检测论
• 如果把反应水平调得过低，漏掉的信号可 能会很少，但虚报的可能性却会相当大。 反之，如果要求尽量减少虚报，就得把侦 察反应器的反应水平调得很高。这样，在 没有信号时虽然不会以“有信号”反应， 但在有信号时传感器的输出由于达不到一 定的反应水平，侦察器也不会以“有信号” 反应。这样虚报的概率减少了，但报准(又 称击中)的概率却不会很高。
• 电子侦察系统包括一个光电传感器和一个侦察反 应器，前者是接收信号的，后者是对信号作出反 应的。
24.05.2020
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5
第三节 信号检测论
• 如果光电传感器的输出达到某一临界水平，侦察 反应器就以“有闪光”反应，如果达不到这个临 界水平，侦察反应器就以“没有闪光”反应。这 个临界水平可以根据需要进行调节。
24.05.2020
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11
第三节 信号检测论
• 但这一系列的措施，只能是使影响阈限的 估计因素保持恒定，并不能测出被试的反 应标准，也不能把反应标准和辨别力分开。
– 例如，恒定刺激法的三类反应。由于反 应的偏好和自信程度不同，所测得的阈 限往往差别很大。
• 因此，把感受性和判断标准加以区分，是 心理物理实验中早待解决的问题。这也是 信号检测论所要解决的问题。
• 如果P(SN)/ P(N)=1，说明P(SN)= P(N),反应倾 向适中 。
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第三节 信号检测论
• 2.决策后果的分析、判断即奖惩办法
• 主试在向被试说明先定概率的同时，要对 被试者说明判定结果的奖惩办法。
• 如果由击中而获得的奖励大于由虚报受到 的惩罚，被试倾向于“有信号”的反应；
信号出现时的照度均匀的背景也叫做“噪
音”。
24.05.2020
-
13
第三节 信号检测论
• 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。
• 信号检测论的任务就是要把信号和它们的 噪音背景区分开来。要求被试在他觉察到 信号出现时报告“有信号”，当感到只有 噪音时报告“无信号”。
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-
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第三节 信号检测论
• 信号检测论把刺激的判断看成对信号的侦 察和做出抉择的过程。这样，在同一过程 中反映被试判断标准的指标就有两个，它 们是相互独立的。
– 一个是感觉辨别力指标（d’），表示感知能力， 又称为感觉敏感性；
– 另一个是反应偏向，可用似然比值（β），有时 也用报告标准（C）来表示，它包括利益得失、 动机、态度等因素。
• 1、电子侦察系统中的信号检测问题
• 电子侦察系统中的关键问题是信息的传输 和处理。首先将待传输的数据、资料等各 类信息变换为电信号，再借助发射天线辐 射到空间，经过电磁波传播，抵达接收天 线，接受系统。将接收到的信号加以处理 后还原为所需要的信息，送入接收系统终 端或使用者，从而完成信息传输任务。
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第三节 信号检测论
• 如果P(SN)= P(N)=0.5，正确拒斥一次奖励 30分，而漏报一次只罚1分，就会出现β值 偏高，截点Xc右移，在OSN＞ON的某个地点， 判断标准定得较高，被试会多以“无信号” 作出反应，P(H)和P(FA)均下降。表示被试的 反应标准较严，被试得到较强的信号时， 才以“有信号”作出反应。图例见教材 P117“图4—17A”。此时β＞1.
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4
第三节 信号检测论
• 例如：雷达侦察系统所要侦察的信号是在亮度均 匀的背景上出现的一个短暂的闪光。这里对信号 侦察起干扰作用的背景叫做噪音(N)，短暂的闪光 称作信号(S) ，因它是在均匀亮度的背景上出现的， 所以又称信号加噪音，一般常写作SN。信号和噪 音都是随机出现的。
• 有时情况更为复杂，应具体分析。
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-
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第三节 信号检测论
• 三、两个独立指标
• 信号检测论认为阈限不是一个纯净的感知能力的 指标，它受利害得失、动机、态度、意志等因素 的影响。而且，一般纠偏和校正猜测机遇的公式 都不能对被试的真实感知能力作正确的估计。因 为被试在报告他对某个刺激或信号的感受时，总 是受到动机等因素的影响，考虑其得失利害，采 用某种策略，做出某一抉择，使被试自己的报告 符合他最大的利益。
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第三节 信号检测论
信号检测论中被试的四种反应
有信号（y） 无信号（n）
信号+噪音SN 击中（H） 漏报（M）
噪音N 虚报（FA） 正确拒斥（CR）
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第三节 信号检测论
• 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，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，则有:
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第三节 信号检测论
• 如果P(SN)= P(N)=0.5 ，击中一次奖励20分， 虚报一次罚1分，就会出现β值偏低，截点 Xc左移，在OSN＜ON的某个地点，判断标准 定得较低，被试会多以“有信号”作出反 应， P(H)和P(FA)均上升。表示被试的反应 标准较宽，被试得到较弱信号时，就以 “有信号”反应。图例见教材P117“图4—17C”。 此时β＜1.
• 尽管在使用这些传统的心理物理学方法时， 曾考虑到被试的态度、偏好、倾向和所采 用的标准对测量阈限所产生的影响，并且 采取了一些措施来消除这些影响。
– 例如在极限法中，采用渐增系列、渐减系列 呈现刺激，用以平衡习惯误差和期望误差。
– 又如用AB法平衡练习误差和疲劳误差；用指 导语规定被试的反应标准，并使之保持前后 一致；有时对被试事先加以训练，使其在实 验中的反应保持稳定等等。
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第三节 信号检测论
• 一般以P(SN）表示信号的先定概率，以P(N) 表示噪音的先定概率，那么在一系列实验 中（前提是信号、噪音不易分辨清楚）：
• 如果P(SN)/ P(N)＞1，被试倾向于“有信号” 的反应，判断标准定得比较低；
• 如果P(SN)/ P(N)＜1，被试倾向于“无信号” 的反应，判断标准定得比较高；
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第三节 信号检测论
• 二、对信号（刺激）的反应及影响反应的 非感受性因素
• 一）被试对有无信号出现的判定
• 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因素叫噪音，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
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第三节 信号检测论
• 这里必须分清两个问题: – 一个是电子侦察系统接收部分的辨别力 问题 – 另一个是判定反应部分对所收到信息如 何处理的问题。
• 信号检测论要解决的就是如何区分这两方 面的问题。
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第三节 信号检测论
• 2．人类感知过程的信号检测问题
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第三节 信号检测论
• 但是在传输过程中不可避免地会遇到：
• ①外界干扰和内部干扰；
• ②电磁波传播过程中无线电信号畸变；
• ③设备技术的不完善等因素的影响。
• 信号中混入了很多噪音，使信息传输的可靠性降 低，这是信息传输过程中的不利因素。如何同这 种不利的外界和内部的随机因素作斗争，使对噪 音背景上的信号分辨率达到最好，提高信息传输 的可靠性，这就是信号检测论所要解决的问题。
24.05.2020Байду номын сангаас
-
7
第三节 信号检测论
• 从上述情况可以看出：虚报率与击中率都随着 反应水平的变化而变化。
• 乍看起来，似乎在这些情况下，电子侦察系统 对信号的辨别力发生了改变，但实际上不是这 样，因为在这些情况下，传感器在接受和提供 信息的性能上并没有发生变化，没有因反应水 平的变化而有所不同，所不同的是侦察反应器 对传感器提供的信息进行处理的方式发生了变 化。
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第三节 信号检测论
• 如果被试击中或者正确拒斥时奖励1分，漏 报或者虚报时罚1分，即奖励等于惩罚，那 么 P(SN＞ P(N)时，β ＜1，被试的标准定得 较低，用图表示时参考教材P117“图4—17C”；
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第三节 信号检测论
• 在信号检测实验中，被试对有无信号出现的判定， 可以有四种结果（P112）
• 1.击中 当信号（SN）出现时，被试报告为“有信 号”，这称为击中，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.虚报 当只有噪音出现时（N），被试报告“有信 号”，这称为虚报（或误报），以y/N表示。我们 把这个判定的概率称为虚报条件概率，以P(FA)或 P(y/N)表示。
– P(H)＋P(M)=1 P(F)＋P(CR)=1
– 其中P(H)、 P(FA)的计算见P116
• 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(F)=1－P(CR)
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第三节 信号检测论
• 二）影响反应的非感受性因素
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第三节 信号检测论
• 一）反应偏向指标
• 1.似然比——β
• 对于任意一个心理感受量x，它在符合正态
分布的信号分布和噪音分布中对应的纵线
高度之比叫似然比，用β表示。其数学定义
为给定Xc水平上信号分布的纵轴与噪音分布
的纵轴之比，即：
O(SN)
O击中
•
β = O(N) = O虚报
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第三节 信号检测论
3.漏报 当有信号出现时，被试报告为“无信号”， 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 信 号 ” ， 这 称 为 正 确 拒 斥 （ correct rejection），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。
• 这普遍存在于各个实验之中，各感官对信 号的分辨问题与电子侦察系统对信号的分 辨非常相似。
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第三节 信号检测论
第三节 信号检测论
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第三节 信号检测论
• 本节思考题 • 1.解释：信号检测论、ROC曲线 • 2.先定概率、奖惩办法是如何英雄判断标准
的？ • 3.似然比β的值说明什么问题？ • 4.辨别力d’的值说明什么问题？
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第三节 信号检测论
• 一、信号检测论的由来
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第三节 信号检测论
• 公式中“O”代表纵轴高度。从中可以看到， β因先定概率不同和判定结果的奖惩办法不 同而不同。
• 计算过程中必不可少地要使用PZO转换表， 表中P代表概率，Z代表标准分数，O代表概 率密度（也即是纵轴高度），PZO转换表就 是这三个数值之间的对应互换关系。
• 如果由击中而获得的奖励小于由虚报受到 的惩罚，被试倾向于“无信号”的反应；
• 当然，由于漏报、正确拒斥而受到的奖惩 的大小对反应也有类似的影响。
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第三节 信号检测论
• 一般说，在只有两个事件的情况下，如果 奖励等于惩罚，则按信号和噪音的先定概 率确定判断标准；
• 如果先定概率相等，则按奖励、惩罚的大 小决定判断标准。
• 1.先定概率 • 主试呈现的刺激，有时只呈现“噪音”刺激（以N
表示）；有时是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）。因为先定概率影响被试的判定标准。 • 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）要先给被试一个预备 信号。
• 如果要求尽可能不漏掉信号，就得把反应的临界 水平调得很低，但这要付出一定的代价，那就是 有时信号并没有出现，只要传感器的输出达到这 个反应水平，侦察反应就出现“有信号”反应。 此种情况用信号检测论的语言来说，叫“虚报”。
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第三节 信号检测论
• 如果把反应水平调得过低，漏掉的信号可 能会很少，但虚报的可能性却会相当大。 反之，如果要求尽量减少虚报，就得把侦 察反应器的反应水平调得很高。这样，在 没有信号时虽然不会以“有信号”反应， 但在有信号时传感器的输出由于达不到一 定的反应水平，侦察器也不会以“有信号” 反应。这样虚报的概率减少了，但报准(又 称击中)的概率却不会很高。
• 电子侦察系统包括一个光电传感器和一个侦察反 应器，前者是接收信号的，后者是对信号作出反 应的。
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第三节 信号检测论
• 如果光电传感器的输出达到某一临界水平，侦察 反应器就以“有闪光”反应，如果达不到这个临 界水平，侦察反应器就以“没有闪光”反应。这 个临界水平可以根据需要进行调节。
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第三节 信号检测论
• 但这一系列的措施，只能是使影响阈限的 估计因素保持恒定，并不能测出被试的反 应标准，也不能把反应标准和辨别力分开。
– 例如，恒定刺激法的三类反应。由于反 应的偏好和自信程度不同，所测得的阈 限往往差别很大。
• 因此，把感受性和判断标准加以区分，是 心理物理实验中早待解决的问题。这也是 信号检测论所要解决的问题。
• 如果P(SN)/ P(N)=1，说明P(SN)= P(N),反应倾 向适中 。
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第三节 信号检测论
• 2.决策后果的分析、判断即奖惩办法
• 主试在向被试说明先定概率的同时，要对 被试者说明判定结果的奖惩办法。
• 如果由击中而获得的奖励大于由虚报受到 的惩罚，被试倾向于“有信号”的反应；
信号出现时的照度均匀的背景也叫做“噪
音”。
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第三节 信号检测论
• 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。
• 信号检测论的任务就是要把信号和它们的 噪音背景区分开来。要求被试在他觉察到 信号出现时报告“有信号”，当感到只有 噪音时报告“无信号”。
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第三节 信号检测论
• 信号检测论把刺激的判断看成对信号的侦 察和做出抉择的过程。这样，在同一过程 中反映被试判断标准的指标就有两个，它 们是相互独立的。
– 一个是感觉辨别力指标（d’），表示感知能力， 又称为感觉敏感性；
– 另一个是反应偏向，可用似然比值（β），有时 也用报告标准（C）来表示，它包括利益得失、 动机、态度等因素。
• 1、电子侦察系统中的信号检测问题
• 电子侦察系统中的关键问题是信息的传输 和处理。首先将待传输的数据、资料等各 类信息变换为电信号，再借助发射天线辐 射到空间，经过电磁波传播，抵达接收天 线，接受系统。将接收到的信号加以处理 后还原为所需要的信息，送入接收系统终 端或使用者，从而完成信息传输任务。
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第三节 信号检测论
• 如果P(SN)= P(N)=0.5，正确拒斥一次奖励 30分，而漏报一次只罚1分，就会出现β值 偏高，截点Xc右移，在OSN＞ON的某个地点， 判断标准定得较高，被试会多以“无信号” 作出反应，P(H)和P(FA)均下降。表示被试的 反应标准较严，被试得到较强的信号时， 才以“有信号”作出反应。图例见教材 P117“图4—17A”。此时β＞1.
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第三节 信号检测论
• 例如：雷达侦察系统所要侦察的信号是在亮度均 匀的背景上出现的一个短暂的闪光。这里对信号 侦察起干扰作用的背景叫做噪音(N)，短暂的闪光 称作信号(S) ，因它是在均匀亮度的背景上出现的， 所以又称信号加噪音，一般常写作SN。信号和噪 音都是随机出现的。
• 有时情况更为复杂，应具体分析。
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第三节 信号检测论
• 三、两个独立指标
• 信号检测论认为阈限不是一个纯净的感知能力的 指标，它受利害得失、动机、态度、意志等因素 的影响。而且，一般纠偏和校正猜测机遇的公式 都不能对被试的真实感知能力作正确的估计。因 为被试在报告他对某个刺激或信号的感受时，总 是受到动机等因素的影响，考虑其得失利害，采 用某种策略，做出某一抉择，使被试自己的报告 符合他最大的利益。
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第三节 信号检测论
信号检测论中被试的四种反应
有信号（y） 无信号（n）
信号+噪音SN 击中（H） 漏报（M）
噪音N 虚报（FA） 正确拒斥（CR）
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第三节 信号检测论
• 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，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，则有:
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第三节 信号检测论
• 如果P(SN)= P(N)=0.5 ，击中一次奖励20分， 虚报一次罚1分，就会出现β值偏低，截点 Xc左移，在OSN＜ON的某个地点，判断标准 定得较低，被试会多以“有信号”作出反 应， P(H)和P(FA)均上升。表示被试的反应 标准较宽，被试得到较弱信号时，就以 “有信号”反应。图例见教材P117“图4—17C”。 此时β＜1.
• 尽管在使用这些传统的心理物理学方法时， 曾考虑到被试的态度、偏好、倾向和所采 用的标准对测量阈限所产生的影响，并且 采取了一些措施来消除这些影响。
– 例如在极限法中，采用渐增系列、渐减系列 呈现刺激，用以平衡习惯误差和期望误差。
– 又如用AB法平衡练习误差和疲劳误差；用指 导语规定被试的反应标准，并使之保持前后 一致；有时对被试事先加以训练，使其在实 验中的反应保持稳定等等。
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第三节 信号检测论
• 一般以P(SN）表示信号的先定概率，以P(N) 表示噪音的先定概率，那么在一系列实验 中（前提是信号、噪音不易分辨清楚）：
• 如果P(SN)/ P(N)＞1，被试倾向于“有信号” 的反应，判断标准定得比较低；
• 如果P(SN)/ P(N)＜1，被试倾向于“无信号” 的反应，判断标准定得比较高；
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第三节 信号检测论
• 二、对信号（刺激）的反应及影响反应的 非感受性因素
• 一）被试对有无信号出现的判定
• 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因素叫噪音，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
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第三节 信号检测论
• 这里必须分清两个问题: – 一个是电子侦察系统接收部分的辨别力 问题 – 另一个是判定反应部分对所收到信息如 何处理的问题。
• 信号检测论要解决的就是如何区分这两方 面的问题。
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第三节 信号检测论
• 2．人类感知过程的信号检测问题
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第三节 信号检测论
• 但是在传输过程中不可避免地会遇到：
• ①外界干扰和内部干扰；
• ②电磁波传播过程中无线电信号畸变；
• ③设备技术的不完善等因素的影响。
• 信号中混入了很多噪音，使信息传输的可靠性降 低，这是信息传输过程中的不利因素。如何同这 种不利的外界和内部的随机因素作斗争，使对噪 音背景上的信号分辨率达到最好，提高信息传输 的可靠性，这就是信号检测论所要解决的问题。
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第三节 信号检测论
• 从上述情况可以看出：虚报率与击中率都随着 反应水平的变化而变化。
• 乍看起来，似乎在这些情况下，电子侦察系统 对信号的辨别力发生了改变，但实际上不是这 样，因为在这些情况下，传感器在接受和提供 信息的性能上并没有发生变化，没有因反应水 平的变化而有所不同，所不同的是侦察反应器 对传感器提供的信息进行处理的方式发生了变 化。
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• 如果被试击中或者正确拒斥时奖励1分，漏 报或者虚报时罚1分，即奖励等于惩罚，那 么 P(SN＞ P(N)时，β ＜1，被试的标准定得 较低，用图表示时参考教材P117“图4—17C”；
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第三节 信号检测论
• 在信号检测实验中，被试对有无信号出现的判定， 可以有四种结果（P112）
• 1.击中 当信号（SN）出现时，被试报告为“有信 号”，这称为击中，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.虚报 当只有噪音出现时（N），被试报告“有信 号”，这称为虚报（或误报），以y/N表示。我们 把这个判定的概率称为虚报条件概率，以P(FA)或 P(y/N)表示。
– P(H)＋P(M)=1 P(F)＋P(CR)=1
– 其中P(H)、 P(FA)的计算见P116
• 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(F)=1－P(CR)
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• 二）影响反应的非感受性因素
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第三节 信号检测论
• 一）反应偏向指标
• 1.似然比——β
• 对于任意一个心理感受量x，它在符合正态
分布的信号分布和噪音分布中对应的纵线
高度之比叫似然比，用β表示。其数学定义
为给定Xc水平上信号分布的纵轴与噪音分布
的纵轴之比，即：
O(SN)
O击中
•
β = O(N) = O虚报
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3.漏报 当有信号出现时，被试报告为“无信号”， 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 信 号 ” ， 这 称 为 正 确 拒 斥 （ correct rejection），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。