实验心理学经典方法

心理物理学心理物理学传统心理物理学1860年，费希纳心理物理学纲要运用数学方法和测量技术揭示心理现象和物理现象之间的对应关系现代心理物理学20世纪中叶，Stevens，Swets&Tanner斯蒂文斯定律和信号检测论分离感受性与反应偏向心理物理学研究的变量介绍心理物理学研究的变量介绍因变量 1、只有一个刺激的实验：（1）信号存在或不存在（我看到、我没有看到）（2）直接给出刺激属性（重多少克？）2、对两种刺激进行比较的实验：（1）判断大小（刺激A和B谁大？）（2）直接估计结果（A是B的几倍？）自变量：刺激质和量的属性控制变量：观察者的意愿第一节第一节 传统心理物理法传统心理物理法感觉阈限的测量阈上感觉的测量2024/2/203第五章 心理物理学一、感觉阈限的测量一、感觉阈限的测量n什么是感觉阈限（sensory threshold）p简称阈限，可以分为两种绝对阈限（absolute threshold），指刚好能够引起心理感受的刺激大小差别阈限（difference threshold），指刚好能引起差异感受的刺激变化量p操作定义n测量感觉阈限的方法p最小变化法（minimal-change method）p恒定刺激法（method of constant stimulus）p平均差误法（method of average error）2024/2/204第五章 心理物理学阈限的性质阈限的性质著名的实验心理学史专家Edwin G.Boring（1950）认为对内部感受与外部世界之间关系的测量方法的引入，是科学心理学开始的一个标志。这主要是因为科学家使用心理物理学的方法提出了第一个心理现象的精确定律，尽管这个定律不一定那么完美。首先，测量感觉是非常困难的，我们不能象测量石头的重量或光的强度那样来测量感觉。其次，内部判断与作用于感受器的物理量之间并不是完全一对一的。因此，我们必须把物理刺激及其引起的感觉区分开。感觉阈限的界定感觉阈限的界定刚刚能引起感觉的最小刺激强度被叫做绝对阈限。刚刚能引起感觉的最小差别叫做差别阈限。按照这样的定义，还不能对这两种阈限进行测定。根据实验我们知道，某一特定数值的刺激，在重复作用于感官时，被试有时报告为“无感觉”，有时报告为“有感觉”，有时还报告为“刚刚有一点点感觉”。因此，根据统计学，可以把那个可以刚刚引起感觉的最小刺激强度以其算术平均数来表示。而这个平均数恰好有50的实验次数报告为“有感觉”的刺激强度，由此可见，阈限是个统计值。因而，我们把阈限定义为：有50的实验次数能引起积极反应的刺激之值；同理，把差别阈限定义为有50的实验次数能引起差别感觉的那个刺激强度之差。此定义要比普通心理学的定义具体，也便于操作，故称为阈限的操作定义。操作定义是由物理学家布里奇曼提出的，他主张一个概念应由测定它的程序来下定义。操作定义的提出受到心理学家的欢迎。在心理学上，对一个心理现象根据它们的程序下定义就叫操作定义具体说，操作定义就是用可感知、度量的事物、时间、现象和方法对变量或指标作出具体的界定。感觉种类感觉种类觉察阈限值觉察阈限值视视 觉觉清晰无雾的夜晚清晰无雾的夜晚3030英里处看到的一只烛光英里处看到的一只烛光听听 觉觉安静条件下安静条件下20ft.20ft.处表的滴答声处表的滴答声味味 觉觉一茶匙糖溶于一茶匙糖溶于8L8L水中水中嗅嗅 觉觉一滴香水扩散到三室一套的整个房间一滴香水扩散到三室一套的整个房间触触 觉觉一只蜜蜂的翅膀从一只蜜蜂的翅膀从1cm1cm高处落到你的背部高处落到你的背部表表1 1 某些近似的觉察阈限某些近似的觉察阈限关于差别阈限关于差别阈限1846年E.H.Weber发表了他关于重量差别阈限的研究，系统地阐明了差别阈限和标准刺激之间的关系。他指出差别阈限和标准刺激成正比，并且差别阈限和标准刺激的比例是一个常数，通常用 I/I=k 表示。在这里，I代表差别阈限，I代表标准刺激强度，k是小于1的常数。K也称作韦伯比例或韦伯分数。不同感觉道的韦伯分数是不同的。后来，Fechner把这个 关于差别阈限的规律称为韦伯定律（Weber Law）。感感 觉觉 道道韦韦 伯伯 比比 例例 音高/2000Hz1/333 重压觉/400g1/77 视明度/100光子1/62 举重/300g1/52 响度/100dB，1000Hz1/11 橡胶气味/200嗅单位1/10 皮肤压觉/5g/mm21/7 咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5表2 最优条件下各种感觉道的韦伯比例最小变化法最小变化法什么是最小变化法什么是最小变化法基本的实验过程基本的实验过程误差控制方法误差控制方法2024/2/2012第五章 心理物理学什么是最小变化法什么是最小变化法又称极限法又称极限法 （limit methodlimit method）、序列探索法）、序列探索法（method of serial explorationmethod of serial exploration）、最小可觉差）、最小可觉差法（或最小差异法）（法（或最小差异法）（method of least method of least differencedifference）等，是测量阈限的）等，是测量阈限的直接方法直接方法。特点：是将刺激按递增或递减系列的方式，以间隔特点：是将刺激按递增或递减系列的方式，以间隔相等的小步变化，寻求从一种反应到另一种反应的相等的小步变化，寻求从一种反应到另一种反应的瞬时转换点或阈限的位置瞬时转换点或阈限的位置2024/2/2013第五章 心理物理学基本的实验过程基本的实验过程测定绝对阈限测定绝对阈限刺激：刺激系列（递增或递减系列）起点的确定刺激：刺激系列（递增或递减系列）起点的确定程序：系列地呈现刺激，要求被试报告是否感觉到刺激，当被试反程序：系列地呈现刺激，要求被试报告是否感觉到刺激，当被试反应变化时停止应变化时停止阈限的计算阈限的计算：（：（1 1）求每个系列的阈限值；（）求每个系列的阈限值；（2 2）求所有系列阈限）求所有系列阈限的平均值，即总的阈限值的平均值，即总的阈限值2024/2/2014第五章 心理物理学测定绝对阈限时产生的误差及控制方法测定绝对阈限时产生的误差及控制方法习惯误差：继续做同一种判断的倾向，递增偏高，递习惯误差：继续做同一种判断的倾向，递增偏高，递减偏低减偏低期望误差：期望转折点尽快到来的倾向，递增偏低，期望误差：期望转折点尽快到来的倾向，递增偏低，递减偏高递减偏高抵消这两种误差的方法为递增和递减序列的数量一抵消这两种误差的方法为递增和递减序列的数量一致。致。练习误差：练习使速度和准确性提高练习误差：练习使速度和准确性提高疲劳误差：疲劳使准确性和速度下降疲劳误差：疲劳使准确性和速度下降控制练习和疲劳误差的方法为控制练习和疲劳误差的方法为ABBAABBA平衡法平衡法误差控制误差控制测定差别阈限测定差别阈限刺激：一个标准刺激（刺激：一个标准刺激（StSt）和比较刺激系列（）和比较刺激系列（SvSv）程序：呈现比较刺激系列，要求被试将之与标准刺激比较，程序：呈现比较刺激系列，要求被试将之与标准刺激比较，直至被试反应发生转折，以直至被试反应发生转折，以“+”、“-”、“=”和和“？”记录反应记录反应阈限的计算：阈限的计算：误差控制误差控制测定差别阈限时产生的误差及控制方法测定差别阈限时产生的误差及控制方法时间误差与空间误差时间误差与空间误差:标准和比较刺激呈现的时间先后和空间位置标准和比较刺激呈现的时间先后和空间位置 采用多层次的采用多层次的ABBAABBA法平衡法平衡2024/2/2019第五章 心理物理学恒定刺激法恒定刺激法恒定刺激法（或固定刺激法）（恒定刺激法（或固定刺激法）（method of method of constant stimulusconstant stimulus）又叫正误法（）又叫正误法（true-false true-false methodmethod）、次数法（）、次数法（frequency methodfrequency method），它），它是心理物理学中最准确、应用最广的方法是心理物理学中最准确、应用最广的方法具体做法具体做法绝对阈限的计算绝对阈限的计算差别阈限的计算差别阈限的计算2024/2/2020第五章 心理物理学具体做法具体做法选择距离相等的选择距离相等的5-75-7个刺激，最大刺激强度被感知个刺激，最大刺激强度被感知的可能性大于的可能性大于95%95%，最小刺激强度被感知的可能性，最小刺激强度被感知的可能性低于低于5%5%每种刺激呈现每种刺激呈现50-20050-200次次刺激呈现顺序随机安排，测量绝对阈限时，无需标刺激呈现顺序随机安排，测量绝对阈限时，无需标准值，测量差别阈限时，需将以上刺激与某一标准准值，测量差别阈限时，需将以上刺激与某一标准刺激进行比较刺激进行比较求出各个刺激变量引起某种反应的次数求出各个刺激变量引起某种反应的次数2024/2/2021第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学22绝对阈限计算绝对阈限计算以两点阈测定为例以两点阈测定为例实验程序：实验程序：5 5个等距刺激个等距刺激8 8、9 9、1010、1111、1212毫米，毫米，每个呈现每个呈现200200次，要求被试报告时两点还是一点次，要求被试报告时两点还是一点2024/2/2023第五章 心理物理学用直线内插法求绝对阈限用直线内插法求绝对阈限将刺激作为横坐标，以正确判断的百分数作为纵坐标画曲将刺激作为横坐标，以正确判断的百分数作为纵坐标画曲线线从纵轴的从纵轴的50%50%处画出与横轴平行的直线，与曲线相较于点处画出与横轴平行的直线，与曲线相较于点a a，从点，从点a a向横轴画垂线，垂线与横轴相交处就是两点阈向横轴画垂线，垂线与横轴相交处就是两点阈2024/2/20第五章 心理物理学24a.a.直线内插法直线内插法2024/2/20第五章 心理物理学25b.b.平均平均Z Z分数法分数法刺激强度刺激强度刺激系列平均值刺激系列平均值被知觉的比率被知觉的比率891011Z代表与平均值的距离代表与平均值的距离PZO转换原理c.c.最小二乘法最小二乘法差别阈限的计算差别阈限的计算实验程序实验程序三类反应：以三类反应：以200g200g为标准刺激，以从为标准刺激，以从185g185g从从215g215g间隔为间隔为5g5g的的7 7个重量作为比较刺激，要求个重量作为比较刺激，要求被试做被试做“重重”、“相等相等”和和“轻轻”三类反应三类反应2024/2/2028第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学292024/2/20第五章 心理物理学30直线内插法求差别阈限直线内插法求差别阈限以三种反应的次数作以三种反应的次数作为纵坐标画曲线为纵坐标画曲线直线内插求得直线内插求得50%50%次次被判断为比标准刺激重被判断为比标准刺激重的重量和的重量和50%50%次被判断次被判断为比标准刺激轻的重量为比标准刺激轻的重量二类反应：75%的差别阈限2024/2/20第五章 心理物理学31比较刺激（比较刺激（g g）判断为判断为+的比例的比例判断为判断为-的比例的比例1850.070.931900.210.791950.280.722000.550.452050.730.272100.790.212150.900.102024/2/20第五章 心理物理学32用直线内插法计算上差别阈限和下差别阈限分别为：用直线内插法计算上差别阈限和下差别阈限分别为：206.6 206.6 克克和和192.8192.8克。克。据此计算出的差别阈限为（据此计算出的差别阈限为（206.6-192.8206.6-192.8）/2=6.9/2=6.9克克平均差误法平均差误法平均差误法（或均误法）（平均差误法（或均误法）（method of average method of average errorerror）又称调整法（）又称调整法（method of adjustmentmethod of adjustment）、）、再造法（再造法（method of reproductionmethod of reproduction）、均等法）、均等法（method of equationmethod of equation），是最古老且基本的心理），是最古老且基本的心理物理学方法之一。物理学方法之一。实验程序实验程序阈限计算阈限计算误差控制误差控制2024/2/2033第五章 心理物理学实验程序实验程序呈现一个标准刺激，令被试再造、复制或呈现一个标准刺激，令被试再造、复制或调节一个比较刺激，使它与标准刺激相等，调节一个比较刺激，使它与标准刺激相等，测定绝对阈限时，假设标准刺激为零测定绝对阈限时，假设标准刺激为零2024/2/2034第五章 心理物理学阈限计算阈限计算绝对阈限：每次调节结果的算术平均数绝对阈限：每次调节结果的算术平均数差别阈限：差别阈限：(PSE(PSE为主观相等点，多次调整平均数，为主观相等点，多次调整平均数，StSt标准刺激强度标准刺激强度)2024/2/2035第五章 心理物理学误差控制误差控制动作误差动作误差因被试所采用的动作方式不同而过高或过低估计比较因被试所采用的动作方式不同而过高或过低估计比较刺激的反应倾向刺激的反应倾向时间误差时间误差标准刺激和比较刺激是相继呈现导致的反应倾向标准刺激和比较刺激是相继呈现导致的反应倾向控制方法控制方法多层次的多层次的ABBAABBA方法方法2024/2/2036第五章 心理物理学测量阈限的三种方法的比较测量阈限的三种方法的比较测量阈限的三种方法各有自己的特点最小变化法的实验程序和计算过程都具体地说明了感觉阈限的含义，但它会因其渐增和渐减的刺激系列而产生习惯误差与期望误差。恒定刺激法的实验结果可以应用各种数学方法加以处理，因而便于与其它测定感受性的方法进行比较。在应用3类反应的实验程序时，被试的态度会对差别阈限值有较大影响。平均差误法的特点是求等值，它的实验程序容易引起被试的兴趣，但对不能连续变化的刺激则不能用平均差误法来测其差别阈限。2024/2/20第五章 心理物理学37二、阈上感觉的测量二、阈上感觉的测量构建心理量表构建心理量表2024/2/2038第五章 心理物理学物理刺激可由物理量表来测量。心理量的大小却不能用物理量表来测量。首先，因为刺激的物理值的变化不一定会引起心理上相应的一对一的变化。其次，有一些物理刺激本身就难以用物理量表来测量。如一幅山水画，一幅书法作品难以用物理量来度量因此，心理量需要用心理量表来测量。2024/2/20第五章 心理物理学39一个量表具有以下四个测量属性：一个量表具有以下四个测量属性：差别差别强度强度等距等距绝对零点绝对零点从从量量表表有有无无相相等等单单位位和和有有无无绝绝对对零零点点来来分分，心心理理量量表表可可分分为为顺顺序序量量表表、等等距距量量表和比例量表三类。表和比例量表三类。2024/2/20第五章 心理物理学40n顺序量表的建立p将事物按某一标准排出一个次序，所建量表既不等距，也无绝对零点n等距量表的建立p建立有相等单位，但没有绝对零点的量表n比例量表的建立p建立既有真正零点，又有等距单位的量表顺序量表的建立顺序量表的建立等级排列法等级排列法(rank-order method)(rank-order method)程序：同时呈现许多刺激，让多个被试按照一定标准，程序：同时呈现许多刺激，让多个被试按照一定标准，把这些刺激排成顺序，然后将每个被试对同一刺激评定把这些刺激排成顺序，然后将每个被试对同一刺激评定的等级加以平均，最后按各刺激按平均等级进行排列便的等级加以平均，最后按各刺激按平均等级进行排列便构成顺序量表构成顺序量表例子：例子：1717名被试评定名被试评定1010张广告，根据结果求出各指标张广告，根据结果求出各指标 MRMR、McMc、P P、Z,McZ,Mc、PP、ZZ注意问题：被试样本的代表性；一次排序中的随机误差注意问题：被试样本的代表性；一次排序中的随机误差2024/2/2041第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学42对偶比较法对偶比较法程序：刺激成对出现，要求被试判断哪一个刺激在某一特程序：刺激成对出现，要求被试判断哪一个刺激在某一特性上更为突出，然后根据每个刺激优于其他刺激的百分比性上更为突出，然后根据每个刺激优于其他刺激的百分比进行排序，建立顺序量表进行排序，建立顺序量表例子：比较例子：比较5 5种样品，根据结果求出种样品，根据结果求出C C、P P、Z Z，CC、PP、ZZ注意问题：针对一个被试得到的心理物理量表的推广性差；注意问题：针对一个被试得到的心理物理量表的推广性差；要求这种对偶比较是可传递的。要求这种对偶比较是可传递的。2024/2/2043第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学44等距量表的建立等距量表的建立通过通过POZPOZ转换，将顺序量表直接转化为等距量表转换，将顺序量表直接转化为等距量表2024/2/2045第五章 心理物理学感觉等距法感觉等距法制作方法：将一个感觉分制作方法：将一个感觉分成主观上相等的距离成主观上相等的距离二分法：呈现两个刺激二分法：呈现两个刺激A A和和C C，要求选择第三个刺激，要求选择第三个刺激B B，使得，使得A A和和B B之间的距离等之间的距离等于于B B和和C C之间的距离，渐进之间的距离，渐进的解决方案（见右图）的解决方案（见右图）同时分出几个等级，同时同时分出几个等级，同时的解决方案（见右图）的解决方案（见右图）2024/2/20第五章 心理物理学46差别阈限法差别阈限法制作方法：以绝对阈限为量表起点，以差别阈限（最小可觉差）为制作方法：以绝对阈限为量表起点，以差别阈限（最小可觉差）为单位制作量表单位制作量表以刺激强度为横坐标，以绝对阈限以上的最小可觉差数为纵坐标，以刺激强度为横坐标，以绝对阈限以上的最小可觉差数为纵坐标，画出的心理物理关系图就是等距量表（如下图）画出的心理物理关系图就是等距量表（如下图）2024/2/2047第五章 心理物理学比例量表的建立比例量表的建立分段法分段法制作方法：把一个感觉量加倍或减半或取任何其他比例制作方法：把一个感觉量加倍或减半或取任何其他比例例子：听觉响度量表的制作例子：听觉响度量表的制作数量估计法数量估计法制作方法：呈现一规定了主观数值的标准刺激，要求被制作方法：呈现一规定了主观数值的标准刺激，要求被试以这个主观值为标准，给其他强度不同的比较刺激附试以这个主观值为标准，给其他强度不同的比较刺激附上主观值上主观值例子：长度估计例子：长度估计2024/2/2048第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学502024/2/20第五章 心理物理学51第二节第二节 心理物理函数心理物理函数韦伯定律费希纳定律斯蒂文斯定律2024/2/2052第五章 心理物理学一、韦伯定律一、韦伯定律（Webers Law）n韦伯分数:对于任何同一类的刺激，产生一个最小可觉差所需要增加的刺激量，总是等于当前刺激量与一个固定分数的乘积，这个固定分数被称作韦伯分数n韦伯定律：（为差别阈限大小，为刺激的强度；C 为韦伯分数）n韦伯定律的修正：（将参数a解释为感觉噪音）2024/2/2053第五章 心理物理学韦伯定律的主要贡献韦伯定律的主要贡献第一，给我们提供了一个比较辨别能力的指标。第二，可对不同感觉道的感受性进行比较二、费希纳定律二、费希纳定律（Fechners Law）n费希纳定律的推导n费希纳定律的改进n费希纳定律的成立条件2024/2/2056第五章 心理物理学费希纳定律的推导费希纳定律的推导设绝对阈限为a，对应心理量表的0；韦伯分数为c=/物理量a（1+C）1，对应心理量表1，物理量a（1+C）2，对应心理量表2，物理量a（1+C）n，对应心理量表n，因此，=log(1+C)(+a),换底公式，=Klg2024/2/2057第五章 心理物理学费希纳定律的改进费希纳定律的改进艾克玛艾克玛(EkmanEkman)定律定律最小可觉差的主观大小，随感觉量成比例增长，用公式表示为：=b（其中，是在感觉量水平的最小可觉差的主观大小）根据艾克玛定律推导得出幂定律：因为，/b=/c所以，log=（c/b）log+常数所有感觉通道的b值都为0.03（Teghtsoonian，1997）2024/2/2058第五章 心理物理学费希纳定律的成立条件费希纳定律的成立条件依赖的假设假设建立心理量表所用的差别阈限法是合理的假定用韦伯定律的推导代替大量差别阈限法实验来确定每个最小可觉差也是合理的成立的条件假定韦伯定律对所有类型和强度的刺激都是正确的Riesz（1928）的实验否定了这一点假定所有最小可觉差在心理上都是相等的Stevens（1936）和Durup（1933）的实验都否定了这一点2024/2/2059第五章 心理物理学三、斯蒂文斯定律三、斯蒂文斯定律（Stevens Law）n对最小可觉差的重新理解n幂定律的提出n幂定律的发展2024/2/2060第五章 心理物理学对最小可觉差的重新理解对最小可觉差的重新理解神经量子理论=Q-P（是使附加量子活动所需的刺激增量；Q是肯定能够兴奋一个量子的增量大小；P是标准刺激St的剩余能量所引起的部分兴奋量。当Q-P时，增量达到兴奋一个附加量子，这就能产生一个最小可觉差）梯形曲线和拱形曲线2024/2/2061第五章 心理物理学幂定律的提出幂定律的提出公式：S=bIa(S是感觉量；b是由量表单位决定的常数；a是感觉道和刺激强度决定的幂指数)大量数量估计法实验证明：感觉量和刺激量之间符合幂定律2024/2/2062第五章 心理物理学幂定律的发展幂定律的发展幂定律的修正公式：S=b（I-I0）a（I0是绝对阈限值）跨感觉道的匹配技术：匹配两个不同感觉道产生的感觉量等感觉函数的曲线证明不同感觉道可以匹配：因为，S1=I1m，S2=I2n所以，I1m=I2n，lgI1=n/mlgI2这样，在双对数坐标中等感觉函数是直线2024/2/2064第五章 心理物理学Weber定律Fechner定律Ekman定律Stevens定律跨通道匹配ExpData1ExpData2第三节第三节 感觉的直接测量感觉的直接测量感觉的直接测量法感觉直接测量的情境效应直接数量估计法的应用2024/2/2066第五章 心理物理学一、感觉的直接测量法一、感觉的直接测量法对心理感受直接赋予数值对心理感受直接赋予数值n数量估计p数量估计法的首次尝试Richardson&Ross（1930）的研究p数量估计法的两种形式根据标准刺激的数值，给出其他刺激的数值无已赋初值的标准刺激，被试按照自己的恒定标准给所有刺激赋值n数量生产p给被试一个用数字表示的感觉量值，要求他们调正刺激，产生相应的感觉量p数量产生和数量估计配合使用，以抵消回归效应2024/2/2067第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学68二、感觉直接测量的情境效应二、感觉直接测量的情境效应n实验中其他刺激的影响情景效应p定义：同一个刺激和较弱刺激一起出现，会被高估；而与较强的刺激一起出现则被低估。p对这一现象的解释：（1）被试的反应偏差；（2）感觉参照导致n刺激序列效应p定义：数量估计受到此前呈现刺激的同化作用p序列效应和情景效应的比较n刺激全距的影响p定义：刺激全距减小，心理物理函数斜率提高p对这一现象的解释：（1）保持同样的反应全距；（2）反应全距减小2024/2/2069第五章 心理物理学序列效应与情景效应对比序列效应与情景效应对比情景效应：情景效应：SpSp在低强度刺激在低强度刺激中的估计结果较高，而在高中的估计结果较高，而在高强度刺激中的估计结果较低强度刺激中的估计结果较低系列效应：先估计若刺激系列效应：先估计若刺激SASA，再估计，再估计SFSF，会低估；先估，会低估；先估计强刺激计强刺激SKSK，再估计，再估计SFSF，会，会高估高估2024/2/20第五章 心理物理学70三、直接数量估计法的应用三、直接数量估计法的应用n情绪研究中的应用pFrankenhaeuser等人（1967）发现情绪体验估计值和生理指标之间高相关p数量估计法用于恐惧症治疗p生活事件量表：对生活事件的影响强度进行度量n社会舆论的测定pSellin等（1964）发现不同被试对犯罪行为严重程度的数量估计一致性很高p罪行舆论量表的效度证据：（1）满足可加性的要求；（2）偷盗罪行的严重性是偷盗数额的幂函数p幂函数的指数作为量刑公正性的指标：虽然罪行恶劣程度和刑期的指数不为1，但惩罚强度评价和刑期的幂函数指数也不为1，两者互补，显现立法公平2024/2/2072第五章 心理物理学第四节第四节 信号检测论信号检测论信号检测论引入的缘由信号检测论的基本思想信号检测论的两种独立指标接收者操作特性曲线认知研究中的应用2024/2/2073第五章 心理物理学一、信号检测论引入的缘由一、信号检测论引入的缘由n传统心理物理学的错误假设p假设：被试报告有的概率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p事实上，P（S）总为1将被试反应局限在击中和漏报两种，真实的被试反应有击中、虚报、漏报和正确拒斥四种，P（y）=P（Hit）+P（FA），P（y）会受到P（S）的影响n传统心理物理学控制P（y）会受P（S）影响的方法n根据上述控制方法所导出的P*（Hit）与P（fa）的关系与传统心理物理学本身的实验数据矛盾，由此引入了信号检测论2024/2/2074第五章 心理物理学传统心理物理学控制传统心理物理学控制P(y)受受P(S)影响的方法影响的方法阈上刺激的反应不受到非感觉因素的影响；阈下刺激的反应受非感觉因素的影响，部分反应为有，称为猜测反应加入空白试验来去除猜测为有的概率，如下图所示，p*(hit)为排除了猜测反应后的击中率2024/2/2075第五章 心理物理学P*(Hit)与与P(fa)的关系与实验数据矛盾的关系与实验数据矛盾根据上述控制方法，得:这说明P(Hit)与P(FA)成线性关系，而事实上传统心理物理学的实验数据显示它们成右图的关系2024/2/2076第五章 心理物理学二、信号检测论的基本思想二、信号检测论的基本思想n信号与噪音n决策标准2024/2/2077第五章 心理物理学信号与噪音信号与噪音信号=刺激噪音=起干扰作用的所有背景实验程序：有时只呈现噪音（以N表示）；有时信号和噪音同时呈现（以SN表示），让被试报告是否出现信号SN和N分布：SN和N两种情况分别在心理感受量值上形成两个重叠的正态分布，SN分布的均值总大于N分布的均值，SN分布和N分布间的距离可以作为被试感受性的衡量指标，这被称为辨别力指标（d）2024/2/2078第五章 心理物理学决策标准决策标准似然比：如下图，对于某一感觉量值x，当它远离N分布时，被试报告有，当远离SN分布时，被试报告无，但如果处于重叠区域，x来自N分布的可能性是用两个分布的纵线高度(O)，即似然比来衡量，l(x)随着x值得变化而变化决策标准：选择某一类然比作为决策标准，当观察得到的x所对应的似然比l(x)时，报告为有，否则，报告为无最优值(opt)受P(S)和支付矩阵的影响2024/2/2079第五章 心理物理学三、信号检测论的两种独立指标三、信号检测论的两种独立指标n反应偏向p似然比p报告标准Cn辨别力指标2024/2/2080第五章 心理物理学反应偏向反应偏向 数学定义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间接计算方法可以通过4种反应概率的PZO转换得到Xc分别对应的O(SN)和O(N),两值得比值就是值2024/2/2081第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学82报告标准报告标准C CC是横轴上的判定标准位置，计算公式为：(I2为高强度刺激，I1为低强度刺激，Z1为低强度刺激的正确拒斥概率的Z值)C会出现三种情况(以再认实验为例，d固定)宽松的报告标准：旧刺激呈现时，报告旧的概率接近1.0；新刺激呈现时，报告旧的概率高中等的报告标准：旧刺激呈现时，报告旧的概率较高；新刺激呈现时，报告旧的概率适中严格的报告标准：旧刺激呈现时，报告旧的概率低，新刺激呈现时，报告旧的概率接近02024/2/2083第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学84辨别力指标辨别力指标称为辨别力d，用fN(x)与fSN(x)之间的距离表示，公式为：当N分布与SN分布均为常态分布时：如右图，当两个分布较远时，d大，分布近时，d小2024/2/2085第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学86四、接受者操作特性曲线四、接受者操作特性曲线nROC曲线的绘制以杨治良（1983）实验为例设定五种先定概率0.1、0.3、0.5、0.7、0.9计算p(fa)和p(hit)计算d和，发现d恒定，变化以p(fa)为横坐标，以p(hit)为纵坐标得到ROC曲线ROC曲线的属性：(1)值的改变独立于d的变化；(2)ROC曲线的曲率反应了敏感性指标dn方差齐性假设的检验d的计算中蕴含方差齐性假设检验方法：ROC曲线坐标转换为Z分数后，斜率是否为1实验证明方差齐性假设不成立2024/2/2087第五章 心理物理学2024/2/20第五章 心理物理学912024/2/20第五章 心理物理学922024/2/20第五章 心理物理学93图图5-38 某被某被试试在听在听觉觉信号信号检测实验检测实验中的中的ROC曲曲线线，信号和噪音正，信号和噪音正态态分布，但离散程度不同分布，但离散程度不同五、信号检测论的两种独立指标五、信号检测论的两种独立指标n再认记忆研究中的应用n新旧项目在记忆强度的连续体上形成两个互相重叠的正态分布SN和N分布nMOC（记忆操作特征）曲线n检验脑损伤、药物等因素是d还是n社会认知研究中的应用n攻击性行为的研究n刺激：22矩阵（恰当的攻击、不恰当的攻击、恰当的不攻击、不恰当的不攻击，其中攻击情景为信号）n结果：自身攻击性越高的青少年，在问卷中显示出的d越低、而教养良好的青少年，其d都很高，青少年的攻击性行为是由于不能分辨恰当攻击和不恰当攻击的区别。2024/2/2094第五章 心理物理学入口安检机器与操作者系统测谎仪与操作者系统放射学家在x光片上诊断恶性肿瘤核电站管理人员检测系统的异常情况目击证人口供工业质检2024/2/20第五章 心理物理学95补充材料补充材料信号检测论应用于心理物理学实验的基本方法有无法评价法迫选法2024/2/20第五章 心理物理学96有无法有无法基本程序主试呈现刺激，被试判断所呈现的刺激中有无信号，并予以口头报告主试者确定各轮实验中信号和噪音呈现的先验概率，以及对被试判定结果的奖惩办法，并将其以指导语的形式告知被试，藉以影响被试的判断标准。2024/2/20第五章 心理物理学97信号与噪音在此实验中，每种先定概率情况下，信号和噪音出现的总次数在100-200次以上，才能取得稳定的结果。信号和噪音的次数由先定概率确定，顺序随机。计算d的方法每种先定概率均可计算虚报率和击中率，并能够计算不同的判断标准。2024/2/20第五章 心理物理学98ynSNf1f2Nf3f42024/2/20第五章 心理物理学99P(y/SN)=f1/(f1+f2)P(y/N)=f3/(f3+f4)一个听觉实验，在白噪音上侦察一个乐音信号。主一个听觉实验，在白噪音上侦察一个乐音信号。主试使用试使用5 5种先定概率，种先定概率，P(SN)P(SN)为为0.10.1，0.30.3，0.50.5，0.70.7，0.90.9，每种限定概率下测试，每种限定概率下测试400400次，信号噪音次，信号噪音是随机安排的。是随机安排的。实验结果如下2024/2/20第五章 心理物理学1002024/2/20第五章 心理物理学1012024/2/20第五章 心理物理学102评价法评价法评价法又称多重决策法，或评级量表法。呈现刺激的方式同“有无法”一样，对信号和噪音的先验概率，对反应结果的奖惩办法，都由主试者确定。被试的反应：将被试从“有信号”到“无信号”这一感觉的连续体，规定出不同的感觉评价等级，让被试根据对所呈现刺激的自信度情况，报告有信号(或无信号)的评价等级。把量表的等级看成多重判断标准，这就成为多重决策2024/2/20第五章 心理物理学103第第1等级等级相当肯定相当肯定无信号无信号出现出现第第2等级等级一般肯定一般肯定无信号无信号出现出现第第3等级等级可能可能无信号无信号出现出现第第4等级等级可能可能有信号有信号出现出现第第5等级等级一般肯定一般肯定有信号有信号出现出现第第6等级等级相当肯定相当肯定有信号有信号出现出现实验中信号和噪音共呈现1200次，信号的先定概率为0.5，因此信号出现600次，对反应的奖惩均等。实验结果如下表所示。2024/2/20第五章 心理物理学1042024/2/20第五章 心理物理学105第第1等级等级相当肯定相当肯定无信号无信号出现出现第第2等级等级一般肯定一般肯定无信号无信号出现出现第第3等级等级可能可能无信号无信号出现出现第第4等级等级可能可能有信号有信号出现出现第第5等级等级一般肯定一般肯定有信号有信号出现出现第第6等级等级相当肯定相当肯定有信号有信号出现出现判断标准数判断标准数 =评价等级数评价等级数-1-1（C Cj j=K-1=K-1）2024/2/20第五章 心理物理学106不同判断标准下报准和虚报条件概率的计算，是将某标准以上各等级的概率累积。第第1等级等级相当肯定相当肯定无信号无信号出现出现第第2等级等级一般肯定一般肯定无信号无信号出现出现第第3等级等级可能可能无信号无信号出现出现第第4等级等级可能可能有信号有信号出现出现第第5等级等级一般肯定一般肯定有信号有信号出现出现第第6等级等级相当肯定相当肯定有信号有信号出现出现2024/2/20第五章 心理物理学1072024/2/20第五章 心理物理学1082024/2/20第五章 心理物理学109迫选法迫选法先连续呈现信号与噪音数次，然后让被试判断在哪个时间间隔上是信号，哪个是噪音，而不是刺激一呈现就让被试判断是信号还是噪音。刺激连续呈现两次即一次信号一次噪音，称为二项迫选法(2AFC)。如果连续呈现三次(二次噪音一次信号)，称为三项迫选(3 AFC)，如果连续呈现四次(三次噪音一次信号)，称为四项迫选(4 AFC)。在连续呈现的刺激中哪次是信号哪次是噪音都是随机排列2024/2/20第五章 心理物理学110在迫选法实验中，何时呈现刺激，一般是由主试通过一定的方法告诉被试。通常的做法是，在视觉实验中由瞬间的声响作为提示刺激出现的标志。触觉实验可以应用不同的空间呈现，而不是时间呈现的抉择方法。当刺激连续呈现二次后，让被试报告在哪一个时间间隔顺序上，最可能含有信号，而且一定要报告连续呈现的刺激中哪一个是信号，把握不准可以去猜。2024/2/20第五章 心理物理学111迫选法关于感受性的计算迫选法的实验结果可以列一个m*m(m为连续呈现的次数)矩阵，二项迫选可列如下一个反应矩阵(2X2)2024/2/20第五章 心理物理学112迫选法实验一般不考察被试的判断标准，而只测量被试的辨别能力，尽管在迫选法设计中不测量判断标准，但它所测得的辨别能力与d一样，也不受判断标准的影响。通常情况下迫选法实验用正确判断的百分数P(C)表示被试的辨别力2024/2/20第五章 心理物理学1132024/2/20第五章 心理物理学114传统心理物理学与信号检测论传统的心理物理学方法，为了有效地测量感受性，曾采用了一系列手段以消除动机、态度一类精神因素的影响，在传统的心理物理测量上，获得了一些具有生命力的成果。对于人的主观态度依然没有得到根本地解决，因此，有一些测量结果，令人误解或难于理解。如它经常把反应偏好误作阈限的高低，而对一些精神病患者的实验结果，更会使人迷惑不解。传统的心理物理学在测量中只有对信号反应的百分比，而无对噪音的测量，这就给它的科学性和可靠性带来了很大的局限性。2024/2/20第五章 心理物理学115信号检测论引进到心理实验中来，是心理物理学方信号检测论引进到心理实验中来，是心理物理学方法的一个重大突破法的一个重大突破在感受性的测量上，把在感受性的测量上，把主观态度与辨别力分开主观态度与辨别力分开，获得了，获得了成功。成功。在解决辨别力指数了的问题上，在解决辨别力指数了的问题上，明确地建立起反映噪音明确地建立起反映噪音变量的虚报概念变量的虚报概念，这一点十分重要。它不仅对于辨别力，这一点十分重要。它不仅对于辨别力的估量不可缺少，而且对于被试主观态度或反应偏好的的估量不可缺少，而且对于被试主观态度或反应偏好的测量，更具有重要意义。测量，更具有重要意义。信号检测论不信号检测论不仅把信号当信息，也把噪音当作信息仅把信号当信息，也把噪音当作信息并且并且很好地解决两类变量的测量。无疑，它是对传统心理物很好地解决两类变量的测量。无疑，它是对传统心理物理学方法的一个发展。理学方法的一个发展。2024/2/20第五章 心理物理学116