第二节信号检测论的原理.docVIP

第二节? 信号检测论的原理 ? 随着阈限理论和近代科学技术的发展，一种新的心理物理法——信号检测论诞生了。信号检测论（或讯号侦察论、讯号觉察论）（signal detectiontheory，简称SDT）乃是信息论的一个分支，研究的对象是信息传输系统中信号的接受部分。它最早用于通讯工程中，即借助于数学的形式描述“接受者”在某一观察时间将掺有噪音的信号从噪音中辨别出来。 信号检测论的形成有一个发展过程。早在20世纪20年代末，就有人对信息传输的理论进行了讨论，引进信息量的概念，并取得初步的结果。到了40年代初，人们便清楚地认识到，由于接受的信息带有某种随机的性质，因此，系统本身的结构也必须适应于它所接收和处理的信息这种统计性质。1941～1942年，人们开始将统计方法应用于通讯系统研究中，从而建立了最佳线性滤波理论——维纳滤波理论（Wiener’s filter theory）。从最小均方差准则出发，得出了对线性滤波器最佳传输函数的要求。1943年，人们在雷达技术发展需要的推动下，在研究如何提高雷达检测能力时，提出了一种最佳线性滤波理论。人们在同噪音进行斗争中总结出来的各种方法，实质上都是有意识地利用信号与噪音的统计特性来尽可能抑制噪音，从而提取信号的。1946～1948年建立了基础信息论和潜在抗干扰理论。后者是用概率方法研究高斯噪音中接收信号的理想接收机问题，将那种能够使错误判断概率为最小的接收机称为理想接收机。申农（Shannon，1948）便认识到对消息的事先确定性这一点恰恰是在通信的对象的基础上建立起来了信息论的基础理论。几年以后，于1950年人们开始把信息量概念引用于雷达信号检测中来，提出一系列综合最佳雷达系统的新观念。其基本特点在于，理想接收机应当能从信号与噪音混合波形中提取最多的有用信号。从50年代起，人们在广泛运用现代数学工具基础上，建立了比较系统的信号检测理论。 信号检测理论除了对雷达、声纳、通讯、自动控制等技术的发展奠定了理论基础外，目前还在心理学、地震学、天文学、生物物理学以及其他科学领域里获得了广泛地应用和发展。同时，信号检测论在这些学科中的应用，又反过来推动了信号检测论不断完善和发展。 那么信号检测论为什么能用于心理学中呢？这是由于人的感官、中枢分析综合过程可看作一个信息处理系统（或讯息处理系统），因此有可能应用信号检测论中的一些概念和方法对它进行分析。信号检测论还可以从另一个侧面加深人们对感受系统的理解。通常把刺激变量看作是信号，把刺激中的随机物理变化或感知处理信息中的随机变化看作是噪音。这样，人作为一个接收者对刺激的辨别问题便可等效于一个在噪音中检测信号的问题。显然噪音的统计特性确定后，便可应用信号检测论处理心理学实验结果。于是，坦纳和斯韦茨（Tanner＆ Swets， 1954）等人最早在密西根大学的心理学研究中把信号检测论应用于人的感知过程，并取得了可喜的结果。 信号检测论引入心理学，确实解决了一些传统心理学方法所不能解决的问题。例如，关于精神病患者与正常人的大小常性，用传统心理物理法研究的结果很不一致。有的实验结果表明，精神分裂症患者和正常人比较，前者趋于超常性；有的实验结果恰好与此相反；也有实验结果表明，在大小常性的问题上二者并无差别，后来用信号检测实验得到的结果表明，在排除反应的倾向性后，非妄想型精神分裂症患者比正常人大小常性的程度要低得多。又如用传统心理物理法测定感觉阈限时，如果主试的指导语改变了，感觉阈限会随之发生变化。究竟是指导语影响了被试的辨别力，还是影响了他的反应倾向呢？传统心理物理法就回答不了这个问题。用信号检测实验得到的结果表明，在不同的指导语的影响下测得的感觉阈限所以不同，不是由于被试的辨别力发生了变化，而是由于改变了判断标准造成的结果。另外还有些信号检测实验表明，用传统心理物理法测得的痛阈提高了，并不一定意味着痛觉感受性的下降，而常常是由于改变了极痛标准而造成的。随着信号检测论的引入，确实把心理物理学的研究向前推进了一大步。目前，信号检测论已经成为一种新的心理物理法，并广泛应用到研究心理现象的各个领域，在感觉、知觉、记忆、工程心理、医学心理等领域都获得了有重要价值的成果。 二、信号检测论的统计学原理 上面谈到，信号检测论是人们在同噪音干扰进行斗争中总结出的方法，实质上是有意识地利用信号和噪音的统计特性来尽可能地抑制噪音，从而提取信号的。信号检测论是在多学科基础上形成的。统计决策理论是信号检测论的数学基础。 我们知道，统计学是关于经验数据的一种数学推理，它的主要工具是概率论。通常它的目的是对一大堆数据进行一种简单的描述或使之精炼化，使得人们易于理解，并使之与研究的已知情况符合。大家知道，这种数据的精炼化可以用均值、方差和置信度等量来表达。根据统计学原理，可以把从噪音干扰中