《实验心理学》第五章 心理物理法（3）

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三、信号检测论

（一）信号检测论的由来

信号检测论（signal detection theory，SDT）是人们在对刺激做判断时对不确定的情况做出某种决定的理论。

20世纪50年代，信号检测论的出现彻底改变了传统心理物理学对阈限概念的理解，其最大优点是在测定感受性时，能对被试的主观因素进行分离。信号检测论最初应用在雷达（判断敌机）和通信技术（手机降噪技术）上。后来信号检测论被研究感知觉的心理学家和其他领域的专家广泛应用到感知觉过程研究、临床研究以及信息传输等领域。

（二）信号检测论的基本原理

1.统计决策理论

统计决策理论是信号检测论的数学基础，源自于概率论与统计学、电子学与通讯领域的基本原理的检验问题。在信号检测实验中，被试者对有无信号出现的判定，可以有四种结果：

（1）击中：当信号（SN）出现时，被试报告为“有”，以y/SN表示。我们把这个判定的概率称为击中率，以P（y/SN）表示。击中率=击中次数/信号总次数。

（2）虚报：当只有噪音（N）出现时，被试报告“有”，以y/N表示。我们把这个判定的概率称为虚报率，以P（y/N）表示。虚报率=虚报次数/噪音总次数。

（3）漏报：当有信号出现时，被试报告为“无”，以n/SN表示。我们把这个判定概率称为漏率，以P（n/SN）表示。漏报率=漏报次数/信号总次数。

（4）正确拒绝：当无信号而只有噪音出现时，被试报告为“无”， 以n/N表示。我们把这个判定的条件概率称为正确拒绝率，以P（n/N）来表示。正确拒绝率=正确拒绝次数/噪音总次数。

通常根据被试对信号的击中率和虚报率来计算被试的判断标准和感受性，进而对被试判断标准的严格性和感受性高低进行分析和判断。

2.最优决策与判断原则

个体在对信号或噪音进行判断时，一般是以判断标准为依据的，这个判断标准是按照最优原则确定的，即提高击中率、减低虚报率，也就是要求个体反应快而且准确。人在确定判断信号的标准时，受到如下几个因素的影响：

（1）信号和噪音之先验概率的高低；

（2）对个体判定结果的奖惩的严格程度；

（3）被试的主观目标、信号与噪音的强度差异等；

（4）速度与准确性权衡。

（三）三个测量指标

信号检测论的实验方法可以通过反应倾向性、判断标准和感受性三个指标来反映。

1.反应倾向性（response bias）

在信号检测论实验中，被试的反应倾向性是通过似然比（likelihood ratio）来反映的，通常用β来表示。

其中，“O”代表纵轴。

通过β值可以解释被试对刺激进行判断时所持标准的严格性。一般当β值偏高时，表示检测者的反应标准较严；当β值偏低时，表示检测者的反应标准较宽。

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。

β>1，标准严；β<1，标准宽；β =1，标准不严不宽。

β的主要影响因素为信号概率（probability of signal）和支付矩阵，用公式表示为：

β=P（N）/P（S）×（正确否定的奖励数+虚报的惩罚数）/（击中的奖励数+漏报的惩罚数）

2.报告标准（judgement criterion）

反映被试反应倾向性的另一个指标是判断标准（一般用C表示），用公式表示如下:

I₂：高强度刺激；

I₁：低强度刺激；

d'：辨别力指数；

Z₁：低强度刺激时正确拒绝的概率的Z值。

C靠近I₂，标准严；C靠近I₁，标准宽；C居中，标准不严不宽；C值越大标准越严格。

3. 辨别力（sensitivity）

信号检测论与传统心理物理法最大的区别是它能够对被试的反应倾向性和被试的反应敏感性进行区分。区分的指标是，当被试反应较为敏感时，被试的击中率会提高，虚报率下降，此时辨别力高；当被试的击中率和虚报率接近时，被试的辨别力居中；当被试的击中率低，而虚报率高时，被试的辨别力低。

计算方法：d'=Z_击中-Z_虚报

P>0.5，Z为正值；P<0.5，Z为负值。

（四）接受者操作特征曲线

接受者操作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线，又称ROC曲线，它在心理物理测量中常称为等感受性曲线，即以击中率为纵轴，虚报率为横轴的函数曲线。

1. ROC曲线能反映出：

①先定概率对击中率和虚报率的影响；

②信号检测标准变化时击中率和虚报率的变化；

③不同观察者的敏感性指标d'。

2.ROC曲线的曲率由被试感受性和信号强度共同决定。

3.曲线上各点反映的感受性相同，判断标准不同，左下边的点表示判断标准高、严。

4. 曲线反映d'大小，ROC曲线离偶然事件越远，辨别力越强，d'越大。

（五）信号检测论的应用

信号检测论产生100多年以来，在理论与应用领域均得到了广泛的应用。

1.医学研究与临床诊断中的应用

这是信号检测论应用最为广泛的领域之一。主要应用于对各种疾病的症状做出正确的诊断。医生需要对仪器和人工的临床检查结果进行客观的理论分析，判断检查到的症状是信号（疾病症状），还是噪音（正常情况），并对这种判断的准确性与可靠性进行分析，最后得出正确的诊断结论，避免误诊。

2.心理学研究中的应用

（1）感知觉方面：个体视知觉、听觉和各种皮肤知觉等方面的感受性。

（2）认知研究：被试对不同特征的刺激的编码与判断，以及判断的标准和准确性等。

（3）个体反应倾向性的评价。

（4）内隐记忆、阈下知觉和意识的研究领域。

3.在工业心理学中的应用

主要应用于研究人们的警戒水平，避免各种操作和作业的失误造成人员和财产的损失。

（六）信号检测论的三种实验方法

1.有无法

事先要求选定信号（SN）和噪音（N）刺激，并规定SN和N出现的概率，然后以随机方式呈现，要求被试回答呈现的是SN还是N。

2.评价法

又叫多重决策法、评级量表法，刺激呈现方式与有无法一样， 但先定概率与奖惩办法随实验而定，要求被试用评价等级来表示对刺激的不同确信程度，经累加而得出的评价等级将是个从有到无的连续体（高标准下的指标等于、低于该标准的指标的累加）。报告有后，要做等级评定，保留信息较多。

与有无法相比，评价法优势在于保留了较多的信息，可以计算不同评价等级下的d'和β。

3.迫选法

迫选法在被试判断之前，信号和噪音至少要连续呈现两次（与前两种方法的不同之处），在两次或多次呈现的刺激中只有一次出现信号，且信号出现的顺序是随机的，让被试判断哪一次刺激中有信号。

采用迫选法时，主试的兴趣主要在于被试的辨别力，而对其判别标准不太关心。其基本步骤为：事先确定SN和N→呈现刺激→反应方式→计算感受性[根据被试正确判断次数和实验次数可以计算正确判断概率，即P（c）=正确判断次数/判断的总次数。P（c）是反映被试辨别力的指标，根据P（c）和d' 转化表，可以转换成d'。

在其他条件不变的情况下，被试的辨别力与每次呈现的刺激数目有关。一般而言， 一次呈现刺激数目越大，被试分辨的难度就越大。

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