1、第三章 心理物理学,传统心理物理法感觉阈限测量（重点）阈上感觉测量 信号检测论（重点、难点）,Print Page,感觉阈限的测量 感觉阈限 感觉阈限测量的方法 最小变化法 恒定刺激法 平均差误法 信号检测论 信号检测论的由来信号检测论的统计学原理信号检测论的二个独立指标接受者操作特征曲线 心理量表 顺序量表 等距量表 比例量表,心理物理学（1） Psychophysics,1860年心理物理学纲要出版心理物理学的诞生。 定义：就是研究心理量和物理量之间的关系的科学。 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。,心理物理学（2） Psychophysics,心理物理学的先驱是
2、G. T. Fechner（1801-1887）。 一百多年来，心理物理学方法不断发展，但它的中心问题仍然是物理量和心理量之间的数量关系的问题。 心理物理学方法所处理的问题大体上可以分为两大类 感觉阈限的测量； 阈上感觉的测量，也就是心理量表的制作。 自从本世纪50年代，W. P. Tanner, Jr.和J. A. Swets把信号检测论（signal detection theory，SDT）引入心理学领域以来，又为心理物理学的研究提供了一个新的有力工具。,一、感觉阈限的测量,（一）、感觉阈限 1. 绝对阈限（absolute threshold）基本定义：刚刚能引起感觉的最小刺激强度。操
3、作定义：50的次数能引起感觉；50%的次数不能引起感觉的那个刺激强度。2.差别阈限（difference threshold）基本定义：刚刚能引起差别感觉的刺激差。(标准刺激 vs. 比较刺激）操作定义：在50的实验次数中引起差别感觉的那个刺激强度的差别。,表1 某些近似的觉察阈限,*引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用。1ft. = 30.48cm,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
4、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）。,表2 最优条件下各种感觉道的韦伯比例,（二） 感觉阈限的测量方法,测量感觉阈限的方法有三种 最小变化法 恒定刺激法 平均差误法应特别注意这三种方法的实验程序和实验结果的统计处理。,1、最小变化法,最小变化法的刺激由递减和递增的两个系列组成，每次呈现刺激后让被试报告他是否有感觉。刺激的增减应尽可能地小，目的是系统地探求被试由一类反应到另一类反应的转折点，即在多强刺激时，由有感觉变为无感觉，或由无感觉变为有感觉
5、。每个系列的转折点就是该系列的绝对阈限。,最小变化法（1） 绝对阈限的确定,自变量的确定 刺激按和系列进行。 和各测50次（一般情况）。 刺激由实验者操纵。,反应变量的测量,被试感觉 报告 记录有刺激 有 有/+无刺激 无 无/不确定 怀疑 ？,以被试口头报告为准。 报告方式在系列中，直到被试报告从“无 ”转为 “有” 或 “怀疑” ，结束该系列。在系列中，相反。,绝对阈限的确定,第一步，求每一系列的阈限中点（ 和/ +和?/ 和？）第二步，求本实验的阈限1. 将所有各系列的阈限求平均数。2. 先求出和 两系列的各自平均数，然后求两系列的平均数。3. 将每相邻的和 的一组求平均数，然后再求各组
6、的平均数。,误差及其控制,（1）习惯误差和期望误差的控制习惯误差：在系列中，坚持报告“无” （阈值偏高）；在序列中，坚持报告“有” （阈值偏低）。期望误差：在系列中，提前报告“有” （阈值偏低）；在序列中，提前报告“无” （阈值偏高）。检测方法：= ，则无两种误差； ，则有习惯误差； ，则有期望误差。控制方法： 和两系列交替出现。,最小变化法差别阈限的确定,第一步，求各列上限、下限 -系列 上限：第一次从“ ” 转为非正的改变，该二点的中值。 下限：最后一次从非负到“ ” 的改变，该二点的中值。-系列 下限：第一次从“ ” 转为非负的改变，该二点的中值。 上限：最后一次从非正到“ ” 的改变，
7、该二点的中值。,第二步，求不肯定间距（internal of uncertainty，IU）、主观相等点（point of subjective equality，PSE）IU =上限下限PSE=（上限+下限）/2第三步，求差别阈限、常误差别阈限IU/2（上限下限）/2常误（CE）PSE标准刺激强度（ St ）,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,19,阶梯法,是最小变化法的一种变式 它把增加和减少刺激强度的程序连续进行。当被试报告感觉不到开始呈现的刺激时，主试就按一定梯级来增加刺激强度；当增加到被试感觉到了时，又按一定梯级来减少刺激强度。 各转折点的平均数就是所求的阈限值。,2、恒定刺激法
8、,刺激通常都由57个组成，在实验过程中维持不变，因而这种方法叫做恒定刺激法。刺激的最大强度要大到它被感觉的概率达到95%左右，刺激的最小强度要小到它被感觉的概率只在5%左右。各个刺激之间的距离相等，与最小变化法不同的是，恒定刺激法的刺激是随机呈现的，每个刺激呈现的次数应相等。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,21,绝对阈限的计算方法：1、直线内插法 2、平均Z分数法 3、最小二乘法,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,22,恒定刺激法测量差别阈限（1）,标准刺激与比较刺激组成一对刺激。每对刺激按随机方式呈现，要求被试将比较刺激和标准刺激进行比较，只允许作两类回答：“重”或“轻”。每个刺
9、激都和标准刺激比较100次。标准和比较刺激相继呈现，其中50次标准刺激在前，50次标准刺激在后。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,23,75%的差别阈限,上限75%次感觉重于标准刺激的比较刺激 下限25%次感觉重于标准刺激的比较刺激(75%次感觉轻于标准刺激的比较刺激)差别阈限IU/2（上限下限）/2,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,24,恒定刺激法测量差别阈限（2）,允许被试做3种回答，即比较刺激与标准刺激进行比较时，被试可以回答“重”、“轻”和“相等”被试的态度影响相等地带的大小：如果被试十分自信，说相等的次数就会很小，结果相等地带也就很小，导致差别阈限也小；反之，差别阈限较大
10、。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,25,在用恒定刺激法来测量差别阈限时，标准刺激和比较刺激是继时呈现的，这就可能产生时间误差。如主观相等点小于标准刺激，就产生负的时间误差。反之，就产生正的时间误差。,3、平均差误法（1）,这个方法的典型实验程序是，实验者规定以某一刺激为标准刺激，然后要求被试调节另一个比较刺激，使后者在感觉上与标准刺激相等。 客观上一般不可能使比较刺激与标准刺激完全一样，于是每一次比较就都会得到一个误差，把多次比较的误差平均起来就可得到平均误差。 因为平均误差与差别阈限成正比，所以可以用平均误差来表示差别感受性。,3、平均差误法（2）,求平均误差的方法有两种 把每次调节
11、的结果（或每次的判断）与标准刺激之差的绝对值平均起来作为差别阈限。 把每次调节的结果与主观相等点之差的绝对值平均起来作为差别阈限。在这里，主观相等点是相等地带的中点，它等于各比较刺激的平均值。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,28,小结：三种心理物理法的比较,最小变化法 优点：1符合两种阈限的操作定义2可以系统探察感觉转折点3刺激系列可等距变化4可用于多种感觉阈限的测定 缺点：1易产生期望误差和习惯误差2实验的效率低，有效数据少3对于有后作用的刺激和容易适应的感觉，不宜使用,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,29,恒定刺激法 优点： 1刺激数目少，省时，效率高 2适用于不易随意改变刺
12、激强度的实验 3刺激随机呈现，有效控制了期望误差与习惯误差 缺点： 1三类反应实验易受态度影响 2二类反应实验将不确定感觉界定为“+”或“-”，结果准确性差,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,30,平均差误法 优点 1可以激发被试参与实验的兴趣减小疲劳误差，提高实验效度 2实验效率高，能较快得到结果 缺点 1易产生动作、时间、空间误差 2测定结果为估计值，精确性差 3不适用于非连续变化刺激,二、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标 （四）接受者操作特征曲线,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,32,（一）信号检测论的由来,
13、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，接收系统。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。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,33,但是在传输过程中不可避免地会遇到： 外界干扰和内部干扰； 电磁波传播过程中无线电信号畸变； 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
14、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。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,34,信号检测论的有关背景知识,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,35,一、传统阈限概念人对于强度太弱的信号是不能够感觉到的，只有强度到某种程度以上才能感觉出来。那么从感觉不出来到感觉得出来似乎有一个门槛，信号强度过了这个门槛就能感觉出来，没有达到门槛就感觉不出来。这个门槛也就是所谓的阈限。而且这个门槛是一个相对固定的点，长期以来人们一直是这样理解阈限的概念的。但其中的具体过程是怎样的呢？,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,36,人是如何接受刺激并做出反应的？1接受刺激的过程外界刺激
15、作用于人的感受器，如眼睛，耳朵等。然后感受器发出神经冲动沿传入神经到感觉中枢。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,37,2中枢进行分析判断的过程神经冲动到达感觉中枢后，如果神经冲动的信号强度高于某个内在的门槛，那么中枢判断为有信号；如果神经冲动的信号强度低于这个门槛，那么就判断为没有信号。中枢根据分析的结果再发出神经指令到效应器进行反应。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,38,3做出反应的过程效应器如手，言语器官等接到中枢指令后做出具体的反应，如报告“有”或“无”。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,39,人多次接受同一物理刺激所产生的神经冲动的信号强度是呈正态分布的。对于同一刺
16、激，由于各方面因素的影响，人所产生的神经信号的强度并不是一成不变的，而是呈正态分布，即大多数情况是相对居中的某种信号强度，很少的情况下产生极强或极弱的信号。如图,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,40,所以对于一个特定的物理刺激而言，它所产生的信号强度理论上都有可能超过门槛或阈限，只不过概率不同而已。物理刺激的强度越高，那么信号超过门槛的概率就越大。如果100%的次数都感觉不到，那么这个刺激就在阈限或门槛以下，而100%的次数都感觉得到的刺激肯定就在阈限以上了。一般我们就取它们的中点作为阈限的值，即50%次数感觉得到，50%次数感觉不到的那个刺激点。这也就是阈限的操作性定义。,实验心理学讲
17、义,第三章心理物理学方法,41,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,42,传统阈限概念存在的问题传统阈限理论认为人的感觉上的门槛或阈限应该是一个相对固定的点，这个点的高低一般只受人的生理构造本身的特性的影响，而不受某些主观因素，比如态度，动机等影响。传统阈限理论在这一点上是正确的。也就是说人的感受性或敏感性是一种相对不变稳定的能力。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,43,但是实际上用传统的方法测定人的感觉阈限的时候，发现阈限的值随着某些主观因素的改变而改变。人的主观态度，动机等因素影响人的阈限值。同一个人如果谨慎一点，那么得到的阈限值就高一些，如果冒进一点那么阈限值就低一些。用这种变化
18、的阈限值来反应人的相对稳定的感受能力或敏感性是显然有问题的。这种阈限值实际包含了人的感受性成分和判断标准两个成分在内，是上述两者共同影响的结果。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,44,二、信号检测论的提出 雷达是如何检测飞机信号的存在的？ 雷达的构成： 传感器：接收空中的物体反射回来的电磁波，产生某种强度的电信号；检测分析器：用来分析该刺激产生的信号到底是飞机还是鸟类等其它飞行物体。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,45,工作原理：现在雷达屏幕上出现了一个亮点，那么这个亮点究竟是一架战斗机还是一只老鹰或类似的鸟呢？雷达捕捉到了这一刺激，然后对应产生一个某种强度的电信号。但是该强度的
19、电信号是飞机还是鸟呢？这就必须要作出分析判断。是鸟就可以不管它，是战斗机就要打下来或采取其它措施。此时鸟就成为飞机的干扰物，称为噪音，将飞机称为信号。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,46,雷达分析判断的过程是，如果电信号强度超过某一标准，那么就判断是飞机（信号），如果低于某一标准，就判断为鸟（噪音）。但这样就会产生一些问题。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,47,因为各种因素（气候，地理等），鸟所产生的电信号有时候会比较强烈，这样它就有可能超过雷达的判断标准，雷达就会判断为是飞机，这就是所谓的虚报。此时地面人员就会采取措施，如攻击。某些情况下，气候恶劣，飞机所产生的信号就比较弱，
20、那么就有可能低于雷达的判断标准，雷达会做出不是飞机（信号）的判断。这就是所谓的漏报。如果本来是飞机而且产生的信号超过标准，那么雷达会判断为飞机（信号），这就是击中。如果本来是鸟而且产生的信号低于标准，那么雷达会判断为鸟（噪音），这就是正确否定。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,48,（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。 对信号检测起干扰作用的背景叫噪音，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，伴随着亮点信号出现时的照度均匀的背景也叫做“噪音”。 总之，对信号起着干扰作用的因素都可当作“噪音”。一般的心理物理
21、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。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,49,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，主试要先告诉被试者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）。同时对被试者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者的判定标准，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。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,50,被试者对有无信
22、号出现的判定,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 2.虚报 3.漏报 4.正确否定,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,51,1.击中 当信号出现时（SN），被试报告为“有”，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”，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。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,52,3.漏报 当有信号出现时，被试报告为“无”，这称为漏报（或失察）（miss），以n
23、/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 rejection），以n/N表示。我们把这个判定的条件概率称为正确否定的条件概率，以P（CR）或P（n/N）来表示。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,53,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,54,所以一个辨别力高的雷达要尽量的能够区分信号和噪音，这样必须使它对噪音的反应分布和信号的反应分布在图上尽量的远一些。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,55,三、信号检测论用于人的感知觉过程雷达等检测系统的工作原理与人的感知
24、觉判断过程相似。无论是绝对阈限的测量还是差别阈限的测量，都可以看作是人对信号进行检测的过程，即对信号与噪音进行区分的过程。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,56,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,57,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,58,一般来说，人的分辨能力在短时间内不会发生变化，是恒定的；但人的判断标准却随时可以发生变化。影响判断标准发生变化的原因主要有：信号出现的先验概率、对被试回答的奖惩办法等。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,59,比如当信号出现的概率低时，被试不轻易的回答说有信号，被试的判断标准比较高；当信号出现的概率高时，被试倾向多报告有信号，表明被试的判
25、断标准比较低。被试的判断标准是由于被试不同的预期产生的。而被试在这个过程中的辨别力不变。对被试回答的奖惩办法也影响被试的判断标准。如果鼓励被试回答有信号，而对报告无信号进行惩罚，那么被试的标准就会较高。而如果鼓励被试报告无信号，那么被试的标准就会较低,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,60,表 二择一判断矩阵,刺激,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,61,表 支付矩阵,刺激,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,62,图 概率密度函数,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,63,1,1,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,64,（三）信号检测论的二个独立指标,信号检测论者认为阈限不是
26、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者的真实感知能力作正确的估计。因为被试者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，使被试者自己的报告符合他最大的利益。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,65,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（C）来表示，它包括利益得失、动机、态度等因
27、素。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,66,1、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。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,67,似然比值,信号检测论中用以表示反应偏向的指标之一是似然比值，意指信号加噪音引起的特定感觉的条件概率与噪音引起的条件概率的比值，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：式中“O”代表纵轴。从中可以看到，因先定概率不同和判定结果的奖惩办法不同而不同。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,68,报告标准C,信号检测论中用以表示反应偏向的另一个指标是报告标准，又称判断标准（或判定标准）。在数学上，反应标准的
28、另一种表示方法是感受经验强度，用符号C表示。C是横轴上的判定标准位置。在数学上，C的单位要转换成刺激强度单位，它的计算公式是：,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,69,2、辨别力指数（ d ）,d ZSN ZN ZSN 击中率的Z分数ZN 虚报率的Z分数,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,70,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,71,（四）接受者操作特征曲线,接受者操作特征曲线，简称 ROC曲线，在心理学上又称为感受性曲线，这就是说，曲线上各点反映着相同的感受性，它们都是对同一信号刺激的反应，不过是在几种不同的判定标准下所得的结果就是了。 接受者操作特征曲线以虚惊概率为横轴，击中概
29、率为纵轴所组成的坐标图和被试者在特定刺激条件下由于采用不同的判断标准得出的不同结果画出的曲线。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,72,接受者操作特征曲线（receiver operating characteristic curve, ROC曲线）,别名：等感受性曲线 含义：当辨别力（感受性）恒定，判断标准变化时，将每次判断结果的虚报率和击中率分别作为横、纵坐标后，所绘制出来的曲线。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,73,图 不同辨别力指数下的ROC曲线,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,74,在上述一组ROC曲线中，对角线的直线表示被试的辨别力为0，对信号和噪音完全不能分辨，
30、而越远离对角线，表示被试对信号越有辨别力。而在同一条曲线中，越靠近右上角的点判断标准就越低。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,75,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,76,关于色子游戏,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,77,三、信号检测论实验方法 1有无法 （实验：信号检测论有无法实验）基本过程：这个方法要求事先选定SN刺激和N刺激，并规定SN和N出现的概率，然后以随机方式呈现SN和N，要求被试回答，刚才的刺激是SN还是N。根据对被试回答的结果计算P（y/SN）和P（y/N），由此计算d和。还可以通过改变信号出现的先验概率以及对被试回答的奖惩办法，影响被试的判断标准，绘制出RO
31、C曲线。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,78,2评价法 （实验：信号检测论评价法实验）在有无法实验中，当定下判断标准后，凡等于或大于标准的感觉都说是信号引起的。但在标准之上或标准之下，刺激引起的感觉强度是不一样的，我们反应的肯定程度也是不一样的。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,79,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,80,如图所示，x2代表的感觉强度大于x1，被试判断为信号的把握更大，或者说更为肯定。x3比x4判断为噪音的把握更大。但在有无法实验中，这些信息都被忽略掉了。x1和x2都报告为有信号，x3和x4都报告为噪音。为了得到反应肯定程度的信息，我们可以让被试先回答有无信
32、号，然后说明对回答的确信程度，这就是所谓的评价法实验。那么在这种实验中，被试就会应用到多个判断标准。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,81,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,82,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,83,图中C1、C2、C3、C4和C5是感觉连续体上从左至右的5个标准。1、2、3、4、5和6代表确信程度即评价等级。当x2感觉出现时，由于它在C5标准之上，被试就用第6等级来反应；当x1感觉出现时，由于它在C4标准之上，C5标准之下，所以被试用第5等级来反应。其余类推。这样，强度不同的感觉就分属于不同的评价等级，反应的把握程度就可以表示出来了。,实验心理学讲义,第三章
33、心理物理学方法,84,实例： 某评价法实验中，SN和N各呈现600次，结果如下：,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,85,各标准下的击中率和虚报率,注意：低标准下的击中率和虚报率都是前面概率的累加。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,86,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,87,如果以虚报率的Z分数为横坐标，以击中率的Z分数为纵坐标，那么画出的ROC曲线就是一条直线，这条直线与机遇线的距离就是d的值。双常态坐标上的ROC曲线,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,88,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,89,心理（感觉）量表的编制,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,90,一
34、、有关背景知识物理刺激量可以用物理量表（Physical Scales）来测量,如长度用尺子来测，质量用天平来测。心理量的大小却不能用物理量表，只能用心理量表（Psychological Scales）来测。一般量表可以分成三类：顺序量表，等距量表和比例量表。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,91,顺序量表只能依照某种规则给所测量的特征排一个数量上的顺序，它没有相等单位，也没有绝对的零点。例如1500米赛跑的名次，最先到的是第一名，其次是第二名，然后是第三名等等。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,92,等距量表有相等的单位，能够给所测量的特征赋予不同的数值，表示它们之间的差别，但是
35、没有绝对的零点。所以数据之间只能加减运算以求其差距，而不能乘除运算，求其比例。比如温度计。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,93,比例量表是最高级的一种量表，既有相等的单位，又有绝对的零点。因而可以做任何算术运算。比如尺子，天平等等。下面我们将会谈到一些制作心理量表的具体方法。所谓的心理量表，在这里主要指的是阈上感觉的测量问题。即心理量变化和物理量的变化是如何对应的。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,94,二、等距量表的制作一般用感觉等距法和差别阈限法来制作等距量表。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,95,（一）感觉等距法感觉等距法（equal sense distance
36、method）是一种直接的方法，它是通过把感觉分成主观上相等的距离来制作。它要求被试将某种感觉上的一段心理量分成主观上相等的两个或两个以上的等份。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,96,二分法（Bisection）R1和R5是两个的不同响度的声音，R5R1。被试调整声音刺激的强度，首先找出R3，使其响度正好在R1和R5之间。再找出R4，使其响度在R3和R5之间，再找出R2，使其响度正好在R1和R3之间。这样利用三次二分法，把R1和R5之间在响度上分成4分。这样就得到了按等距变化的一系列声音刺激强度。把这一系列的刺激强度作为横坐标，把等响单位作为纵坐标画出一条曲线，这就是响度的等距量表。,
37、实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,97,（二）差别阈限法差别阈限法是制作等距量表的一种间接办法，通过在不同强度的基础上测量最小可觉差来实现。具体的说，用任何一种古典的心理物理法测出感觉的绝对阈限，并以此为起点，产生第一个最小可觉差的刺激强度，再以此为基础，测量第二个最小可觉差的强度，依次类推。得到很多个最小可觉差的刺激强度。以这些刺激强度为横坐标，以绝对阈限上的最小可觉差为纵坐标，画出的心理物理关系图就是一个等距量表。实验者可以依此找出产生某一感觉水平所需要的刺激值。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,98,（三）韦伯定律和费希纳对数定律I / I = K 刚刚感觉到差别的刺激的增量与
38、标准刺激的比值是一个常数。这就是通常所说的韦伯定律。常数K称为韦伯分数。I 也就是差别阈限。这种物理刺激上的差别造成了主观感觉上的最小可觉差（just noticeable difference，简称j.n.d）。前者是物理差别，后者是心理感觉上的差别。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,99,费希纳在韦伯定律的基础上，提出了物理刺激和心理感觉关系的对数定律。他以最小可觉差为心理量的单位，假定不同强度水平刺激的j.n.d主观感觉上都是相等的。经过一系列的数学推导，发现了最小可觉差的数目与物理刺激强度的关系是一种对数关系。也就是说j.n.d以算术级数增长时，物理刺激要以几何级数增长。,实验心
39、理学讲义,第三章心理物理学方法,100,第1个j.n.d所对应的刺激强度：I1 = I0 + I0*W = I0（1 + W）1 第2个j.n.d所对应的刺激强度：I2 = I1 + I1*W = I0（1 + W）2 第3个j.n.d所对应的刺激强度：I3 = I0（1 + W）3 第s个j.n.d所对应的刺激强度：IS = I0（1 + W）S 那么 S = K log I + bS表示主观上感觉的大小，以j.n.d为单位。I表示物理刺激的强度，I0表示刺激的绝对阈限，W表示韦伯分数。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,101,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,102,实验心理学讲
40、义,第三章心理物理学方法,103,三、比例量表的制作比例量表具有真正意义上的零点。若一项测量结果在比例量表上是0，那么我们可以说某个事物并不具有被测量的属性或特征。由于它具有绝对零点，且量表上的单位相等。因而可以对数据进行加减乘除等算术运算。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,104,（一）分段法 分段法（fractionation method）是制作感觉比例量表的的一种直接方法。这种方法通过把一个感觉量加倍或减半或取其它任何比例来建立心理量表的。具体做法是，呈现一个固定的阈上刺激作为标准，让被试调整比较刺激，使它所引起的感觉为标准刺激的一定比例，例如2倍，3倍，1/2，1/3等。,实验
41、心理学讲义,第三章心理物理学方法,105,制作宋（sone）量表。1936年，Stevens确定一个在绝对阈限以上40db的1000HZ的声音为1宋。当一个47分贝的声音被判断为是它的2倍时，那么就可以确定47分贝的声音响度为2宋，依次类推。而30分贝的声音被判断为是它的1/2时，30分贝声音的响度就是0.5宋。结果作出来的量表不符合费希腊的对数定律。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,106,（二）数量估计法 数量估计法（method of magnitude estimation）是制作比例量表的一种直接方法。具体步骤是主试先呈现一个标准刺激，并赋予标准刺激一个主观值，比如10；然后让
42、被试以这个主观值为标准，把其他不同强度的比较刺激和它比较，用数字给出相应的主观值。然后计算出每组被试对每个刺激量估计的几何平均数或中数。以刺激值为横坐标，感觉值为纵坐标，即可做成比例量表。S.Stevens 1975数量估计法实验（P111）,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,107,（三）斯蒂文森的幂定律费希纳定律有两个前提，假定韦伯比例在强弱不同水平上都是固定的；在所有刺激强度水平上JND都是相等的，即主观刚刚感觉到的差别在不同刺激水平上都是一样的。韦伯比例在中等强度上是恒定的，而人也经常接受中等强度的刺激，但在低或高强度下，韦伯比例发生变化。另外，有人认为，不同刺激强度上的JND也不
43、一定相等。因而不能用JND来做单位。20JND的声音应该比10JND的声音响一倍，但实际上前者比后者要响的多。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,108,在这些批评的背景上，S.Stevens提出了制作心理量表的一种直接方法-数量估计法，并在此基础上于1957年提出了物理量和心理量之间关系的新定律-幂定律。幂定律认为心理量是物理量的幂函数。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,109,S = b I a S表示心理感觉量，I是物理刺激，a是指数，是一个常数。Log S = log b + a log I 如果心理量和物理量都取对数的话，那么两者是直线函数关系。,实验心理学讲义,第三章心理
44、物理学方法,110,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,111,在上述公式中，如果a1，表明心理量的增长快于物理量的增长，如电击的感觉强度。如果a 1，表明心理量的增长慢于物理量的增长。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,112,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,113,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,114,S.Steves 1970 数量估计法和电生理学方法的比较,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,115,S.Stevens 交叉感觉通道匹配法 （cross-modality matching method）S.Stevens的数量估计法曾受到人们的批评，用数字来估计感
45、觉可能更多的反映某种数字习惯，而非真正的感觉强度。为了回答这类批评，S.Stevens用不同感觉道的交叉匹配实验来进一步验证幂定律。他用握力计显示的握力的大小来匹配电流，白噪声等引起的感觉。实验结果和数量估计法的结果非常接近。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,116,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,117,预期指数和实际指数此外，握力匹配的预期指数和实际指数相符合这个事实也进一步证明了S.Stevens幂定律的正确性。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,118,假设用数量估计法中对1000HZ声音响度的结果为：S1 = I1 b 用数量估计法对握力的结果为：S2 = I2 c
46、于是我们可以求出两个指数：b和c假定不同感觉通道的刺激引起的强度可以相互匹配，现在用握力来匹配1000HZ的声音的响度，如果幂定律是正确的，而且数量估计法是合适的，那么应该有S1 = S2 ；那么就有I2 c = I1 b ，那么I2 = I1 b/c,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,119,于是我们可以得到握力匹配的两个指数：一个是理论预期的指数，用响度的指数b/握力的指数c。一个是实际的指数，即通过握力匹配实验得到的指数。如果幂定律是正确的，而且数量估计法是合适的，那么理论预期的指数应该和实验得到的指数相等。而结果表明确实如此。,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,120,实验心理
47、学讲义,第三章心理物理学方法,121,四、顺序量表的制作 等级排列法 等级排列法（rank-order method）是一种制作顺序量表的直接方法，这个方法把许多刺激直接呈现，让许多被试按照一定标准，把这些刺激排一个顺序，然后把许多人对同一刺激评定的等级加以平均，这样就能求出每一刺激的平均等级。最后把各刺激按平均等级排出的顺序就是一个顺序量表。 实验：对10个名人用等级排列法进行排序,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,122,著名世界领导人：江泽民 朱镕基 比尔.克林顿 叶立钦 萨达姆 希拉克 普京 布莱尔 阿拉法特 沙龙 乔治.布什 曼德拉 请按人格魅力对他们排序。,实验心理学讲义,第三
48、章心理物理学方法,123,著名世界体坛人物： 足坛：齐达内 罗纳尔多 里瓦尔多 贝克汉姆 欧文 维艾里 罗伯特.巴乔 巴蒂斯图塔 费戈 劳尔 篮坛：迈克尔.乔丹 奥尼尔 科比.布莱恩特 邓肯 艾佛逊 卡尔.马龙 斯托克顿 罗德曼,实验心理学讲义,第三章心理物理学方法,124,对偶比较法 对偶比较法（method of paired comparison）是把所有要比较的刺激都配成对，然后一对一对的呈现，让被试对刺激的某一特性进行比较，并做出判断。因为每一刺激都要分别和其它刺激进行比较，假如刺激的总数是n，那么配对的个数就是n（n-1）/ 2。如果有10个刺激就可以配成45对。最后依据它们各自优于其它刺激的百分比的大小排成顺序，即可制成一个顺序量表。 实验：用对偶比较法对喜爱的明星进行排序,
