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1、第五章 心理物理法,第五章 心理物理法,本章主要内容：一、阈限的性质二、测定阈限的三种基本方法三、心理量表法四、心理物理函数五、信号检测论,目的要求,1、掌握测定阈限的三种基本方法；2、掌握制作心理量表的方法；3、掌握信号检测论,本节内容,一、阈限的性质二、测定阈限的三种基本方法最小变化法恒定刺激法平均差误法,一、阈限的性质,刺激的作用不是绝对的，而是相对的，它同感觉量相关。物理量是指对身体各感官的刺激；心理量是指各种感觉或主观印象。,绝对阈限：有50的实验次数能引起感觉，50的次数不能引起感觉的刺激强度；差别阈限：有50的实验次数能觉察出差别，50%的次数不能觉察出差别的刺激强度的差别。,二
2、、测定阈限的三种基本方法,（一）最小变化法（二）恒定刺激法（三）平均差误法,三、心理量表,（一）顺序量表（二）等距量表（三）比例量表,心理物理函数：是描述对刺激的心理感受和刺激的物理属性关系的函数。可以描述某种感觉如何随着刺激量的变化而变化。韦伯定律、费希纳定律、史蒂文斯定律。,四、心理物理函数,(一)韦伯定律,1846年，德国生理学家韦伯韦伯分数：对于任何同一类刺激，产生一个最小可觉差所需增加的刺激量，总是等于当前刺激量与一个固定分数的乘积，这个固定分数被称做韦伯分数。,韦伯定律:刺激强度水平与差别阈限的大小之间存在固定的数学关系:I/I=KI:差别阈限的大小I:刺激强度的水平K:韦伯分数,
3、缺点：韦伯常数只适用于中等强度范围的刺激，对于标准刺激微弱或很强时不适用。,S=KRS:心理感觉量值R:为实际刺激强度K:为常数心理量是刺激量的函数，当刺激量以几何级数增加时，心理学则以算术级数增加。,(二)费希纳定律,费希纳定律的成立条件,1、假定韦伯定律对所有类型和强度的刺激都是正确的2、假定所有最小可觉差在心理上都的相等的。,(三)史蒂文斯定律,1、幂定律的提出1957年,刺激强度和感觉量之间的关系为S=bIaS:感觉量b:由量表单位决定的常数a:感觉道和刺激强度决定的幂指数。数量估计法,五、信号检测论的原理,（一）信号检测论的由来（二）信号检测论的统计学原理（三）信号检测论的二个独立指
4、标（四）接受者操作特征曲线（五）信号检测论的实验方法,（一）信号检测论的由来,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。,数据、资料,电信号,信息,接收天线,电磁波,发射天线,处理,接收系统终端或使用者,2人类感知过程的信号检测问题,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。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。,(二)信号检测论的统计学原理,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。信号检测论所指的信号可以理解为刺激(stimuli)对信号检测起干扰作用的背景叫噪音(noise)。对信号起
5、着干扰作用的因素都可当作“噪音”。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。,主试呈现的刺激，有时只呈现“噪音”刺激（以N表示）；有时在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）。同时对被试说明判定结果的奖惩办法。因为先定概率和奖惩办法都将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）要先给被试者一个预备信号。,被试对有无信号出现的判定,在信号检测实验中，被试对有无信号出现
6、的判定，可以有四种结果：1.击中 当信号出现时（SN），被试报告为“有”，这称为击中（hit），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”，这称为虚惊(false alarm)，以Y/N表示。我们把这个判定的概率称为虚惊条件概率，以P（FA）或P（Y/N）表示。3.漏报 当有信号出现时，被试报告为“无”，这称为漏报（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.正确否定 当无信号而只有噪音出现时，被试报告为“无”，这称为正确否定（correct rej
7、ection）或正确拒斥，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:P（H）P（M）=1P（FA）P（CR）=1,两择一判决矩阵,(三)信号检测论的二个独立指标,根据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，在同一过程中就出现了两个独立指标：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（），有时也用报告标准（
8、C）来表示，它包括利益得失、动机、态度等因素。,1、反应偏向,反应偏向可由二种方法计算：一种是似然比值另一种是报告标准。,（1）似然比,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。O（SN）=O（N）,（2）报告标准C（report criterion）,表示反应偏向、感受经验强度。C是横轴上的判定标准位置，C的单位要转换成刺激强度单位。I2 I1C=Z1+I1 d其中，I2高强度刺激，I1为低强度刺激，Z1为低强度刺激时的正确否定概率的Z值,敏感性可以表现为噪音分布与信号加噪音分布之间的分离程度。两者的分离程度越大，敏感性越高；分离程度越小，敏感性越
9、低。,2、辨别力指标,内部噪音分布fN(X)与信号分布fSN(X)的分离程度既受信号的物理性质影响，也受被试者（测验者）特性的影响。因此，fN(X)与fSN(X)之间的距离就可作为敏感性的指标，称为辨别力d。,辨别力指标d：噪音分布与信号分布之间的距离。d=ZSN ZN=Z击中-Z虚报 d越大，表示敏感性越高，d越小，表示敏感性越低。,(四)操作者特征曲线,操作者特征曲线（receiver operating characteristic curve），简称ROC曲线，又称为等感受性曲线（sensitivity curve）：以虚报率为横轴、以击中率为纵轴所组成的坐标图，和被试在特定刺激条件下
10、由于采用不同的判断标准得出的不同结果画出的曲线。,1、ROC曲线的绘制,实例：杨治良（1983）选图画页500页，分成5组，每组100张。5组画页的先定概率分别是0.1、0.3、0.5、0.7和0.9。对于每组画页，主试使用一种信号的先定概率，然后按此先定概率呈现给被试一定数量的画页，要求他们把它们当作“信号”记住。作为信号的画页呈现完毕之后，与此组作为噪音的画页混合，然后随机地逐张呈现给被试。这时，每呈现一张画页，就要求被试判断此画页是“信号”还是“噪音”，并要求被试把结果记录在实验纸上。,ROC曲线的属性,（1）值的改变独立于d的变化。（2）ROC曲线的曲率反应敏感性指标d。对角线代表P（
11、y/SN）=P（Y/N）。曲线离对角线越远，表示辨别离越强，d值就越大。,(五)信号检测论的实验方法,1、有无法2、评价法,1、有无法,(1)基本程序当主试呈现刺激以后，让被试判断刚才呈现的刺激有无信号。,1、有无法,(2)对主试者的规定规定各轮实验中SN和N呈现的先定概率是多少，并且规定判断结果的奖惩办法。实验前主试要把实验中规定的信号和噪音呈现的先定概率以及对被试判定结果的奖惩办法，被试的要求等以指导语的形式明白而通俗地向被试说清楚，以此来影响被试判断标准的变化。,1、有无法,(3)计算的具体步骤见P91,1、有无法,举例：用有无法做重量辨别实验。实验仪器与材料：100克、104克、108
12、克和112克的重量各1个。把104、108和112克的重量与100克的重量比较10次，选出一个在10次比较中有7次或8次觉得比100克重的重量作为信号刺激（SN），100克的重量作为噪音（N）。,主试按下列3种不同的SN、N出现的概率安排实验顺序：（1）（2）（3）P（SN）0.20 0.50 0.80P（N）0.80 0.50 0.20 每种先定概率做100次，其中信号在前和信号在后各50次。50次中信号和噪音出现的顺序按随机原则。,实验结果及处理：1、根据300次实验结果，按先定概率不同，列出方阵，并计算出相应的“击中”的条件概率P（y/SN）“虚报”的条件概率P（y/N）。2、根据所估计
13、的3对P（y/SN）和P（y/N），以P（y/N）为横坐标，以P（y/SN）为纵坐标，画出ROC曲线。3从附录表中查出各对P（y/SN）和P（y/N）相应的Z值和O值，并计算d和。,2、评价法（Rating Scale Method）,又叫多重决策法，或评级量表法。其呈现刺激的方式同“有无法”一样。对被试的反应不是简单的“有信号”或“无信号”方式，而是将被试从“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，然后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。,通常我们把被试作答的肯定程度分为五个等级。110080肯定是SN：肯定是信号28060肯定是SN
14、：可能是信号360 40肯定是SN：可能是信号，也可能是噪音44020肯定是SN；可能是噪音5200肯定不是SN：肯定是噪音,实验举例：用评价法做汉字再认的实验实验仪器：计算机、SDT评价法实验程序。实验材料：图片材料或汉字词材料。,指导语：“下面是一个测验你的辨别能力的实验。实验开始时，屏幕中心的窗口将依次呈现一系列的图片材料，要求你尽量记住这些图片；这些材料呈现完毕后，计算机将呈现两倍数量的图片，其中有一半是刚才呈现过的，一半是没有呈现过的，要求你判断哪一个呈现过，哪一个没有呈现过，并对你的判断的肯定程度做等级评价，如果100肯定呈现过，就按数字键1；如果觉得可能（75肯定）呈现过，就按2
15、；如果不能确定（50肯定）是否呈现过，就按3；如果觉得可能（25肯定呈现过）没有呈现过，就按4；如果 100肯定没有呈现过，就按5。正式实验开始之前，先做练习实验。明白上述指导语后按开始实验键进行实验。”,实验程序先给被试呈现80张信号图片，信号图片呈现完毕，呈现160个信号加噪音的图片，要求被试按照实验指导语，对每张图片是“信号”还是“噪音”作出判断，并回答自己判断的肯定程度。,实验结果及处理根据被试的以上五种反应的次数，按照分别计算四个判断标准下被试的击中率（P（ySN）和虚报率（P（yN）,并计算出相应的辨别力d和判断标准,根据（P（ySN）和（P（yN）或转换后的ZSN和ZN绘制ROC曲线。,
