本实验方案描述了一种用于研究特定图结构与非图结构属性（特征）是否与图形识别相关的实验方法。该方法使用一个数据库，其中存储了称为（6 点，n 线）图形的各种特征值。
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本文内容
摘要
摘要
本实验方案介绍了一种为图形识别实验生成严格受控且客观定义的刺激材料的方法。一个（6, n）图形由 n 条线段组成，这些线段连接位于一个不可见的正六边形顶点上的 n 对点。对于 n 取值从 1 到 6 的每一个（6, n）图形，其结构属性（图不变量）和表面特征（非图不变量）均被计算并存储于数据库中。利用该数据库，实验者可根据实验目的系统地提取合适的图形。此外，若数据库中不包含所需信息，有时也可根据特定（6, n）图形的构型临时计算新的特征值。我们将一对镜像反射的图形称为轴对称（Ax）对。已知在判断一对图形形状是否通过旋转可变为完全相同（Idr）的任务中，轴对称对的辨别难度高于非相同图形对。本实验旨在考察：当一对图形中各线段长度相同，是否会导致该对图形的辨别难度达到与轴对称对相当的水平。尽管形状不同，相互同构的图形具有相同的结构属性。轴对称对和 Idr 对是同构对的特殊情形。此外，轴对称对与 Idr 对在大多数表面特征值上相同，唯一的区别在于：对于轴对称对，穿过对称轴从一个位置指向另一个位置的相对方向是相反的。本研究生成了三种类型的相互同构的（6, 4）图形对：Idr 对、Ax 对，以及非相同、非轴对称但同构的（Nd）对。Nd 对进一步根据线段长度差异程度的表面特征值分为三个子类别。
引言
本文描述了一种用于生成严格受控且客观定义的随机图形识别研究刺激图形的方法。这些刺激图形被称为（6 点，n 线）或（6，n）图形。一个（6，n）图形由 n 条线段组成，这些线段连接位于一个不可见的正六边形顶点上的 n 对点。图1 展示了一个（6，4）图形的示例，该图形由四对标注在不可见正六边形顶点上的标签所定义。这些标签指定了图形中的线段（见 图1）。我们将这种图形的定义方式称为线段定义格式。
此前，作者计算了 (6, n) 图形的图论结构特性（称为不变特征，或更具体地称为图不变量1）以及非不变特性（称为表面特征），适用于 n = 1 至 6 的图形，并将这些特征值存储在数据库中。不变特征反映了图形的结构特性（更准确地说是拓扑特性），而表面特征则反映了给定图形的非拓扑性及多数为度量性的特性。
数据库中的记录编号以线型规范格式唯一标识一个图形。因此，通过对数据库中不变特征和/或表层特征值进行穷尽式搜索，可以从全部（6
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方案
该实验已获得日本白凰大学伦理委员会的批准。
1. 实验设置
注意：实验环境由一台液晶显示器和一个连接到计算机（实验用PC）的反应按钮盒组成。每位参与者通过按压反应盒上的两个按钮之一，判断所呈现的图形对是“相同”还是“不同”。按钮盒从左至右有三个按钮，分别标记为“Enter”、“F6”和“F5”。按压Enter按钮可使当前画面进入下一画面。F6按钮用于参与者用右手食指进行反应，F5按钮用于参与者用右手中指进行反应。图形对的生成由另一台计算机（刺激准备用PC）完成。该设置能够以相对客观的方式检验有关特定特征在图形识别中关键作用的各种假设。
- 将软盘插入连接至用于刺激准备的计算机的软盘驱动器中。在该计算机上启动用于刺激准备的配对生成程序。
- 使用键盘输入一个随机数，作为程序中随机数生成函数的初始值。使用键盘输入1或2作为数字标识符。
注意：数字标识符 = 1 表示在第一轮试验中，将食指指定为“相同”判断，中指指定为“不同”判断（数字状态1）；而在第二轮试验中则相反（数字状态2）（即数字标识符 = 2 表示在第一轮使用数字状态2，在第二轮使用数字状态1）。此程序可平衡不同手指....
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结果
由于Nd 0.27对仅存在于同构集2的图形中，后续分析未包含Nd 0.27对的结果。本研究的假设是，在Nd对中，两个图形的线段长度相同，将使其辨别难度与Ax图形对相当。
实验结果如图7所示。不同配对类型之间的错误率存在显著差异，H = 23.8，p < 0.001。方差分析（ANOVA）结果显示，不同配对类型的反应潜伏期存在显著差异，F (4, 48) = 12.3，p < 0.001。Scheffe检验表明，除Nd 0与Nd 0.73、Nd 0与Nd 1以及Nd 1与Ax配对之间外，其余任意配对间的潜伏期差异均无统计学意义。值得注意的是，Ax与Nd 0配对之间的潜伏期无显著差异，p ≈ 1.0。
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讨论
本方法可用于制备一组客观可定义的刺激图形，以用于图形识别实验。该方法的关键在于配对生成程序中的指令。利用（6, n）数据库，该程序可从全部（6, n）图形中选择合适的候选图形（方案步骤 2.2.1 和 2.2.2）。此外，程序有时还能计算未存储在数据库中的图形特征值，例如末端线段长度的计算（方案步骤 2.2.13）。如果研究人员希望以图形对作为刺激呈现的基本单位，程序可将候选图形穷尽式组合成对，并根据几何合理性将其分类，如 Idr、Ax 和 Nd 图形对的分类，以及 Nd 图形对的进一步子分类（方案步骤 2.2.3‒2.2.16）。如果研究人员事先知晓可能的混杂因素，可通过在程序中添加或修改指令来控制这些因素，例如：（a）使用相对简单的（6, 4）图形对作为刺激材料（步骤 2.1）；（b）避免图形中出现相交的线段（步骤 2.2 和 2.2.1）；以及（c）使 Idr 图形对的数量等于 Ax 与 Nd 图形对数量之和（步骤 2.3.3）。
成.......
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
作者感谢Edanz集团（www.edanzediting.com/ac）的Sydney Koke（艺术硕士）和Maxine Garcia（博士）对本手稿初稿进行的编辑。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 用于刺激准备的电脑 | DELL | Inspiron 15 | |
| 外置USB软驱 | Logitec | LFD-31UEF | |
| 反应按钮盒 | Takei Kiki | S-15068 | 定制项目 |
| 用于实验的电脑 | NEC | PC-37LB-N 15SN | |
| LCD显示器 | NEC | AS172-MC | |
| 下颌托架 | Takei Kiki | T.K.K.930a | |
| 配对生成程序 | PMELCYLG2 | 自制 | |
| 数据库文件 | P4.DAT | 自制 | |
| 刺激呈现程序 | Takei Kiki | Presentation/Response Device for (6, n) Figures | 定制项目 |
参考文献
- Harary, F. Graph theory. , Addison-Wesley. Reading MA. (1969).
- Chen, L. Topological structure in visual perception. Science. 4573 (4573), (1982).
- Chen, L. Topological structure in the p....
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