第7章现代心理物理法——信号检测论（SDT）实验
7.1 本章要点
1．信号检测论的由来、电子侦察系统中的信号检测问题与人类感知过程的信号检测问题2．信号检测论的基本原理：统计学原理；最优决策原则
3．辨别力指数d′及接收者操作特性曲线
4．信号检测论的应用：有无法；评价法；迫选法
7.2 复习笔记
一、信号检测论的产生与发展
（一）信号检测论的产生与发展
信号检测论是最早在电子通信领域提出来的信号识别理论，最初应用在雷达和通信技术中，用来解决信号接受的正确概率问题。

在军事领域，信号检测论在情报传输和接收以及雷达系统搜索目标等领域得到了广泛的应用。

在心理学研究中，信号检测论主要是用于对不确定的情况做出决定的决策理论。

1．信号检测在电子通讯领域的应用
（1）理论依据
信号检测论是无线通讯技术中信号甄别的主要理论依据，该理论综合了概率论和无线电通讯的理论，在整个信号的信息处理过程中能够最大限度地提高接收设备对信号的辨别力和避免错误的概率。

（2）实际应用
①1954年，美国密执安大学的W．P．Tanner和J．A．Swets等人将信号检测论应用到心理学的研究中，并采用信号检测论的方法对感受性进行测量。

②从20世纪50年代以后，信号检测论不仅应用于感受性的测量上，而且在记忆、意识和无意识知觉（阈下知觉）等研究中也得到了广泛应用。

2．信号检测论与人类感知觉的测量
人类的感知系统在处理刺激信息时与无线电通讯系统有着很多相似之处，一个刺激所引起的个体的判断有四种情况：
（1）将信号判断为信号（击中）；
（2）将信号判断为噪音（漏报）；
（3）将噪音判断为信号（虚报）；
（4）将噪音判断为噪音（正确否定）。

根据个体对上述四种情况判断的数据，可以计算出个体对物理刺激的感受性或辨别能力及其反应的倾向性。

（二）信号检测论与传统心理物理法的差异
1．采用信号检测论不仅可以测量个体的感受性或辨别能力，而且还可以测量出个体的反应倾向或者在做出决策时的判断标准；
2．采用信号检测论测量个体的感受性，可以充分地考虑到个体在接受测量时的态度、偏好、反应倾向和所采用的判断标准等因素对测量感受性的影响。

而且同时可以获得衡量个体感受能力的辨别力指标和反应倾向或判断标准的指标。

3．采用信号检测论能够更为客观地测量到个体在处理刺激信息时的感受能力、态度和反应倾向性，克服被试的主观因素和噪音干扰对感受性的影响。

二、信号检测论基本原理
（一）信号检测论测量感受性的基本假设
信号检测论认为，人的感知觉并没有生理局限性，也没有真正的感受阈限。

如果没有任何噪音的干扰，理论上个体应该能够感受到出现的任何物理刺激，并作出反应或决策，这是信号检测论的基本前提假设。

（二）信号检测论中被试的判断原则—统计决策论
（1）统计决策论是信号检测论的数学基础。

信号检测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。

（2）在运用信号检测理论研究人的感知觉过程中，被试对呈现的刺激（包括信号—用SN 表示和噪音—用N表示）作出是信号还是噪音的判断时，会出现如下四种情况：
①正确肯定（击中）、错误否定（漏报）、错误肯定（虚报）和正确否定（拒绝）；
②与四种判断对应的是击中率（P[Y／SN]）、虚报率（P[Y／N]）、漏报率（P[N／SN]）和正确拒绝率（P[N／N]）。

（3）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。

（三）最优决策与判断原则
1．判断标准
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。

2．确定判断信号标准时的影响因素
（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；
（5）有关实验的知识与经验。

三、信号检测论与感觉性的测量
（一）信号检测论应用于感知觉测量的两个基本假设
1．信号检测论认为，重复呈现同一刺激并不产生相同的感觉量。

因此，当多次呈现同一刺激时会形成同一刺激的一个感觉量分布。

而且，刺激信号（SN）和噪音（N）形成的感觉分布均是正态分布的，两个分布的标准差相等，信号分布的平均数大于噪音分布的平均数，而两个分布重叠的部分可能是由信号引起的，也可能是由噪音引起的。

2．被试判断某一个刺激是信号还是噪音时，是根据自己的主观感受进行判断的，而且这种主观的判断标准（C）受信号呈现的先验概率和对判断结果的奖惩措施的影响。

（二）信号检测论的测量指标
1．反应倾向性
在信号检测论实验中，被试的反应倾向性是通过似然比来反映的，通常用β来表示。

被试判断的击中率为P（Y／SN），虚报率为P（Y／N），将P（Y／SN）和P（Y／N）转换为Z分数Z SN和Z N，再将Z SN和Z N转换为正态分布曲线上的概率密度值O SN和O N（查正态分布表）。

那么，被试的反应倾向β的计算方法如下：
β=O SN／O N
通过β值可以解释被试对刺激进行判断时所持的标准的严格性。

（1）一般β值越大（β>1），被试采用的判断标准就越严格；
（2）β值越小（β<1），被试的判断标准就越宽松；
（3）当β值在1上下时，说明被试的判断标准不严格也不宽松。

2．判断标准
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：
C=E（I2－I1）／d′×Z1+I1
其中I2——高强度刺激的强度值；
I1——低强度刺激的强度值；
d′——被试的感受性；
Z1——低强度刺激的正确否定概率。

判断标准C的数值越大，被试的判断标准越严格；C的数值越小，被试的判断标准越宽松。

3．感受性或辨别力
信号检测论与传统心理物理法的最大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：
（1）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；（2）当被试的击中率和虚报率接近时，被试的辨别力居中；
（3）当被试的击中率低，而虚报率高时，被试的辨别力低。

计算辨别力指标的公式如下：
d′=Z SN－Z N
（三）操作者操作特性曲线
（1）操作者操作特性曲线，又称ROC（Receiver Operating Characteristic Curve）曲线。

ROC曲线在心理物理测量中常称为等感受性曲线。

（2）在信号检测论的实验中，改变信号和噪音出现的先定概率及被试判断结果的标准，可
以引起被试的判断标准发生变化，随着判断标准的变化，击中率与虚报率也随之改变，判断标准有几个，就可得到几组不同的击中率和虚报率。

①如果以击中率为纵坐标，以虚报率为横坐标作图，就可得到几个点，连接各点即得到一条曲线，即为“操作特性曲线或ROC曲线”或等感受性曲线。

②如果将击中率和虚报率转换为Z分数，绘制ROC曲线，这时所得到的ROC曲线是一条直线。

对角线上对应的Z SN与Z N的绝对值的差值（d′=Z SN－Z N），就是辨别力指标d′。

（3）ROC曲线能反映出信号呈现的先定概率对击中率和虚报率的影响，而且也能反映出信号检测标准变化时击中率与虚报率的变化，以及不同观察者的辨别能力指标d′。

（4）ROC曲线用于分析在相同条件或者不同条件下的心理因素及其判断结果的变化对辨别力d′的影响。

（5）与传统心理物理法相比较，信号检测论得出的感受性指标更为客观、科学、可靠。

（四）信号检测论测量感受性的影响因素
1．信号和噪音的强度及其强度差异
信号的强度以及信号和噪音之间的强度差异是影响个体感受性和辨别能力的最直接因素。

随着信号强度的提高，以及信号与噪音的强度差异的增加，个体从物理刺激中区分出是信号还是噪音会越来越容易，反之亦然。

2．信号和噪音的先验概率
信号和噪音的先验概率是指在实验前就明确的信号和噪音出现的概率，一般实验者事先确定。

通常情况下，信号的先验概率越高，个体对信号刺激的判断击中率就越高，对噪音的虚报率就越低，个体的辨别能力也会提高，反之亦然。

3．对判断结果的奖励和惩罚措施的严格程度
当实验者对判断结果的奖励措施越强和惩罚措施越严格，个体对信号进行辨别时就会越谨。