數(shù)據(jù)挖掘在考古遺址功能研究中的應(yīng)用
——以烏蘭木倫遺址第一地點(diǎn)微痕研究為例

陳 虹 黃永梁

(浙江大學(xué) 藝術(shù)與考古學(xué)院， 浙江 杭州 310028)

一、 引 言

考古遺址是指人工制品、遺跡、建筑和生境遺存共存的場(chǎng)所，是考古學(xué)極其重要的研究對(duì)象。遺址功能研究通過遺址中的各種文化遺存來識(shí)別人類的某些活動(dòng)跡象，從而探明人類的生活方式。遺址結(jié)構(gòu)分析是一種遺址功能研究方法，即研究遺址中遺跡、器物與動(dòng)物遺存的空間分布，通過研究這些遺存的關(guān)系來分析遺址居民的行為方式、群體規(guī)模與構(gòu)成，更為綜合地對(duì)遺址的性質(zhì)和功能做出判斷[1]。從考古學(xué)的角度出發(fā)，最理想的情況是根據(jù)遺跡特征來確定遺址的框架結(jié)構(gòu)，繼而研究這個(gè)框架結(jié)構(gòu)與物品分布之間的關(guān)系。但是在許多情況下，考古遺址的埋藏情況和發(fā)掘過程對(duì)這個(gè)方法的應(yīng)用有一定限制。

舊石器時(shí)代遺址功能的研究主要依托出土的文化遺物，從不同的角度進(jìn)行研究。常用的研究方法有“操作鏈”分析、石制品剝片序列分析、石制品組合分析、石制品拼合研究、微痕分析、殘留物分析、共生關(guān)系分析等。此外，民族考古學(xué)也為遺址功能研究提供了一定的資料。其中，石制品的功能與遺址功能有著相當(dāng)緊密的聯(lián)系，因此研究石制品功能與其空間分布之間的關(guān)系成為遺址結(jié)構(gòu)分析的重要內(nèi)容。與其他研究方法相比，微痕分析在石制品功能分析方面更具可靠性和有效性。將微痕分析與遺址結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來，更有利于推測(cè)整個(gè)遺址的性質(zhì)和功能。

在以往研究中，基于一定的假設(shè)，對(duì)石制品的測(cè)量數(shù)據(jù)與微痕觀察的功能數(shù)據(jù)進(jìn)行定性或定量的相關(guān)性分析，可能會(huì)忽略數(shù)據(jù)間潛在的聯(lián)系。另外，由于微痕分析專業(yè)性強(qiáng)、耗時(shí)長(zhǎng)等，很難獲得一個(gè)遺址或地點(diǎn)較為全面的石器微痕觀察數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)挖掘作為一種數(shù)據(jù)分析手段，可以有效地分析大量數(shù)據(jù)間潛在的關(guān)聯(lián)性，并可對(duì)各組數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的支持度和置信度的量化形式進(jìn)行對(duì)比。因此，對(duì)石制品的微痕觀察數(shù)據(jù)與測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，在一定程度上可以更好地還原遺址結(jié)構(gòu)以研究遺址功能。

內(nèi)蒙古烏蘭木倫舊石器時(shí)代遺址第一地點(diǎn)石制品已有的微痕觀察數(shù)據(jù)數(shù)量龐大，是罕見的全地層優(yōu)質(zhì)樣本。本研究以此為依托，基于2012—2017年對(duì)該地點(diǎn)全地層石制品的微痕觀察數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘這一分析手段分析遺址結(jié)構(gòu)，并結(jié)合該地點(diǎn)的相關(guān)考古學(xué)背景進(jìn)行遺址功能研究。

二、 遺址概況與研究對(duì)象

烏蘭木倫遺址位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市康巴什新區(qū)烏蘭木倫景觀河北岸，是鄂爾多斯高原繼20世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)薩拉烏蘇和水洞溝遺址后新發(fā)現(xiàn)的一處重要舊石器遺址。自2010年以來，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所、鄂爾多斯青銅器博物館、鄂爾多斯文物考古研究院聯(lián)合對(duì)該遺址進(jìn)行了連續(xù)數(shù)次發(fā)掘，研究成果頗豐。烏蘭木倫遺址是一處由多個(gè)地點(diǎn)構(gòu)成的地點(diǎn)群，目前確認(rèn)三個(gè)重要地點(diǎn)，第一地點(diǎn)是石制品微痕研究的重點(diǎn)。其中，2010—2011年的發(fā)掘共出土5 200 余件人工打制的石器，3 400余件古動(dòng)物化石，發(fā)現(xiàn)多處用火遺跡和兩處動(dòng)物腳印遺跡[2]?，F(xiàn)有的測(cè)年結(jié)果表明，烏蘭木倫遺址的年代為距今6.5萬—5萬年[3]，屬于舊石器時(shí)代中期，地層屬于晚更新世中期[4]。

基于對(duì)烏蘭木倫部分石制品工具的類型和技術(shù)分析，有學(xué)者認(rèn)為該遺址的石器整體上表現(xiàn)出古人類在狩獵和屠宰方面的需求，這在一定程度上也反映出遺址的部分功能[5]。石制品拼合分析[6]、埋藏學(xué)、動(dòng)物考古學(xué)(1)張立民《內(nèi)蒙古烏蘭木倫遺址埋藏學(xué)的初步研究》，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)古脊椎動(dòng)物與古人類研究所2013年碩士學(xué)位論文。和環(huán)境考古學(xué)[7]等方面的研究表明，遺址出土的石制品為原地埋藏且沒有受到后期擾動(dòng)，較好地保存了古人類活動(dòng)最原始的信息。同時(shí)，所有經(jīng)過發(fā)掘的石制品都有詳細(xì)、精準(zhǔn)的出土空間坐標(biāo)記錄[8]，為進(jìn)行遺址功能和結(jié)構(gòu)分析提供了可能。

在烏蘭木倫遺址第一地點(diǎn)2010年的發(fā)掘中，出土遺物包括2 198件石制品和2 179件動(dòng)物化石，本課題組對(duì)其中398件石制品進(jìn)行了微痕觀察，并對(duì)227件石制品予以詳細(xì)描述[9]。2011年對(duì)烏蘭木倫遺址第一地點(diǎn)的第二次發(fā)掘顯示，地層明確的石制品有3 039件，其中93件石制品經(jīng)過微痕觀察，58件石制品有詳細(xì)記錄(2)陳虹、汪俊、連蕙茹等《烏蘭木倫石制品微痕研究的新進(jìn)展(2013年度)》，見鄂爾多斯市文物考古研究院編《鄂爾多斯文化遺產(chǎn)(2013)》，第97-103頁。。這些微痕分析數(shù)據(jù)一方面經(jīng)過了前期的模擬實(shí)驗(yàn)[10-11]，結(jié)論可靠性有一定的保證；另一方面經(jīng)過前后五年的工作，數(shù)據(jù)完整，記錄翔實(shí)，基本可以建立起一個(gè)全地層的石器微痕觀察數(shù)據(jù)庫，在國(guó)內(nèi)外均不多見。

本研究?jī)H限于發(fā)掘出土且地層明確的石制品。在剔除采集品和地層信息不明的石制品之后，研究的總樣本量為254件石制品，包括2010年出土的197件石制品和2011年出土的57件石制品。

在具體分析中，除了將石制品個(gè)體作為分析的基本單位外，還將石制品所包含的功能單位作為分析的基本單位。功能單位用于記錄石制品上使用部位的數(shù)量，在進(jìn)行微痕定量分析或石制品功能分析時(shí)比標(biāo)本個(gè)體更為具體和實(shí)用，能夠反映的信息也更為詳細(xì)，有利于更為系統(tǒng)地統(tǒng)計(jì)分析石制品的運(yùn)動(dòng)方式、加工材料及其涉及的人類行為[12]。從本次分析的樣本來看，功能單位明顯多于標(biāo)本個(gè)數(shù)，說明一些石制品存在一器多用或重復(fù)使用的現(xiàn)象。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，254件石制品共包含298個(gè)功能單位，其中40件石制品各存在2個(gè)功能單位，2件石制品各存在3個(gè)功能單位。

每一件石制品所具備的屬性數(shù)據(jù)包括兩方面：測(cè)量數(shù)據(jù)和微痕觀察數(shù)據(jù)。測(cè)量數(shù)據(jù)包括長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度、重量、原料、類型、出土地層和三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；微痕觀察數(shù)據(jù)包括運(yùn)動(dòng)方式、加工材料和行為。“行為”這一變量為本研究中的自定義變量，指運(yùn)動(dòng)方式與加工材料的簡(jiǎn)單組合。本研究涉及的行為組合有23類，包括：剝皮、穿刺、錘擊、割肉、刮干骨、刮干皮、刮鮮骨、刮鮮木、刮鮮皮、鋸鮮木、砍砸鮮骨、刻劃鮮骨、刻劃鮮皮、捆綁、片肉、切筋、切鋸鮮骨、切肉、切軟骨、切鮮皮、剔肉、鉆鮮骨，以及情況不明者。需要說明的是，為了確保分析結(jié)果的精確性，如果一件標(biāo)本(功能單位)的運(yùn)動(dòng)方式或加工材料有一項(xiàng)被判斷為不明，該行為就計(jì)為不明。

此外，一些學(xué)者在對(duì)功能單位的定義中將執(zhí)握痕跡(3)執(zhí)握痕跡是指因手握工具而在相關(guān)部位產(chǎn)生的微觀痕跡。也作為單一功能單位的判斷標(biāo)準(zhǔn)[13]，本研究則不將執(zhí)握作為一種特殊的人類行為，因此不對(duì)254件石制品涉及的執(zhí)握痕跡進(jìn)行計(jì)次。

三、 研究方法與流程

數(shù)據(jù)挖掘，也稱數(shù)據(jù)庫中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，是指從大型數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫中提取人們感興趣的知識(shí)，這些知識(shí)是隱含的、事先未知的、潛在有用的信息[14]。在考古領(lǐng)域，數(shù)據(jù)挖掘目前主要是與GIS系統(tǒng)結(jié)合使用，以及用于聚落考古學(xué)研究。畢碩本等利用Apriori算法，對(duì)姜寨一期的房屋遺跡、土坑墓、窖穴以及灶坑的屬性信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，發(fā)現(xiàn)這些屬性數(shù)據(jù)之間存在關(guān)聯(lián)規(guī)則，例如灶壁為紅燒土硬面的灶坑略少于青灰色硬面的灶坑[15]。他們還利用K-means聚類算法，對(duì)姜寨一期聚落中的居住區(qū)和墓葬區(qū)進(jìn)行了聚類分析，聚類結(jié)果顯示，大房屋組可分為東、南、西、北、西北五組[16]。孫懿青等運(yùn)用屬性泛化算法，對(duì)姜寨一期房屋進(jìn)行了分房屋組與分時(shí)代的數(shù)據(jù)挖掘，并且用可視化形式進(jìn)行展示以說明房屋的演變情況[17]。陳濟(jì)民利用GIS組件(SuperMap Objects)，對(duì)鄭洛地區(qū)四個(gè)連續(xù)文化時(shí)期的聚落空間進(jìn)行了數(shù)據(jù)挖掘，開發(fā)了基于連續(xù)文化序列的空間數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng),提取了空間分類規(guī)則與空間聚類規(guī)則，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比分析,得出了鄭洛地區(qū)史前聚落的空間分布規(guī)律和初步的時(shí)空演變規(guī)律(4)陳濟(jì)民《基于連續(xù)文化序列的史前聚落演變中的空間數(shù)據(jù)挖掘研究——以鄭洛地區(qū)為例》，南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院2006年碩士學(xué)位論文。。

目前國(guó)內(nèi)的舊石器考古學(xué)從石制品微痕觀察數(shù)據(jù)和發(fā)掘數(shù)據(jù)入手進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘尚無先例。本研究涉及的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)包括關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘和聚類分析。關(guān)聯(lián)規(guī)則的概念由Agrawal等人提出，是數(shù)據(jù)挖掘中一種簡(jiǎn)單但很實(shí)用的規(guī)則，它能表示數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，對(duì)統(tǒng)計(jì)和決策工作有重大意義[18]。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的算法多樣，大部分基于Apriori算法，本研究即采用這一基本算法，對(duì)石制品的微痕觀察數(shù)據(jù)(包括運(yùn)動(dòng)方式、加工材料、行為)和測(cè)量數(shù)據(jù)(包括長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度、重量)的關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行發(fā)掘，并利用支持度與置信度來衡量數(shù)據(jù)間相關(guān)性的強(qiáng)弱以及可信度(5)高偉峰《數(shù)據(jù)挖掘中關(guān)聯(lián)規(guī)則的研究及應(yīng)用》，武漢理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2006年碩士學(xué)位論文。。

聚類分析是按數(shù)據(jù)自身距離或相似度將數(shù)據(jù)分成一系列相互區(qū)分的組，它與歸納法的不同之處在于不需要背景知識(shí)而直接發(fā)現(xiàn)一些有意義的結(jié)構(gòu)與模式。因此，聚類分析與分類不同，它是在沒有給定劃分類別的情況下，根據(jù)數(shù)據(jù)相似度進(jìn)行樣本分組的一種方法。聚類時(shí)輸入的是一組未被標(biāo)記的樣本，聚類是根據(jù)數(shù)據(jù)自身的距離或相似度將數(shù)據(jù)劃分為若干組，劃分的原則是組內(nèi)距離最小化而組間(外部)聚類最大化[14]。

本研究所做的聚類分析是利用石制品的出土三維坐標(biāo)進(jìn)行分析，屬于一種空間聚類分析?？臻g聚類分析方法可采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、空間緩沖區(qū)及距離分析、疊置分析等方法，旨在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)在空間上的相連、相鄰和共生等關(guān)聯(lián)關(guān)系。本研究采用K-means聚類算法，主要目的是基于石制品的空間數(shù)據(jù)(出土三維坐標(biāo))對(duì)其進(jìn)行分組，也就是利用石制品功能的空間分區(qū)來探索該地點(diǎn)的遺址結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在遺址中難免有不滿足分區(qū)結(jié)果的孤立點(diǎn)存在，孤立點(diǎn)有時(shí)被處理為數(shù)據(jù)“噪聲”，但對(duì)孤立點(diǎn)的研究和解釋有助于推進(jìn)遺址功能分析。

本研究的原始數(shù)據(jù)多為描述性語言，類型多樣，包括非文本數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)，也存在部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失和錯(cuò)誤的情況。因此，為了保證結(jié)果的正確性，在實(shí)施關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘與聚類分析信息之前，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)變換等(6)數(shù)據(jù)清洗主要是刪除原始數(shù)據(jù)集中的無關(guān)數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)、平滑噪聲數(shù)據(jù)，篩選掉與挖掘主題無關(guān)的數(shù)據(jù)，處理缺失值、異常值等。數(shù)據(jù)集成是將來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)合并存放在一個(gè)一致的數(shù)據(jù)倉庫中的過程。數(shù)據(jù)變換主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)男问剑赃m應(yīng)挖掘任務(wù)與算法的需要，一般包括簡(jiǎn)單函數(shù)變換、數(shù)據(jù)規(guī)范化、連續(xù)屬性離散化、屬性構(gòu)造和小波變換。步驟。

四、 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘

本文關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘以Python為平臺(tái)，采用Apriori算法，分析總樣本為298個(gè)功能單位，涉及的屬性數(shù)據(jù)包括長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度、重量這5類測(cè)量數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)方式、加工材料、行為這3類微痕觀察數(shù)據(jù)，總計(jì)15組、912條關(guān)聯(lián)規(guī)則，其中強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則(7)對(duì)相關(guān)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘之后得到的每條關(guān)聯(lián)規(guī)則都有一個(gè)支持度和置信度。強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則可以指示基于統(tǒng)計(jì)得出的“最佳范圍”。有38條。

例如，運(yùn)動(dòng)方式、加工材料、行為與長(zhǎng)度共產(chǎn)生199條關(guān)聯(lián)規(guī)則。其中，運(yùn)動(dòng)方式與長(zhǎng)度的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則說明，運(yùn)動(dòng)方式為切和刮的石制品的長(zhǎng)度分別集中在28—53.8 mm和21.6—42.7 mm(表1)。

表1 運(yùn)動(dòng)方式與長(zhǎng)度強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則

加工材料與長(zhǎng)度的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則說明，加工材料為肉和鮮骨的石制品的長(zhǎng)度分別集中在21.6—53.8 mm和21.6—34.7 mm(表2)。

表2 加工材料與長(zhǎng)度強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則

行為與長(zhǎng)度的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則說明，行為為切肉和剔肉的石制品長(zhǎng)度分別集中在28.3—42.7 mm和21.6—34.3 mm(表3)。

類似的，寬度、長(zhǎng)寬比、厚度、重量分別與運(yùn)動(dòng)方式、加工材料、行為也產(chǎn)生了一系列強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則。這些強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則可以指示對(duì)于某類具體的加工材料、運(yùn)動(dòng)方式和行為，石制品在長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度和重量等方面具有共同特征。雖然用以分析計(jì)算的屬性數(shù)據(jù)是石制品被使用之后殘余的數(shù)據(jù)，但從石制品的微痕模擬實(shí)驗(yàn)來看，石制品在被使用的過程中，其長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度、重量并不會(huì)發(fā)生較大的變化，因此，這個(gè)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)范圍是具有參考意義的。

表3 行為與長(zhǎng)度強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則

綜合這些測(cè)量數(shù)據(jù)和微痕觀察數(shù)據(jù)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，可以發(fā)現(xiàn)從長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度和重量來看，不同運(yùn)動(dòng)方式、加工材料、行為所對(duì)應(yīng)的石制品差異不大，規(guī)格比較統(tǒng)一，而其中涉及的石制品類型多樣。

五、 聚類分析

聚類分析以Python為平臺(tái)，所采用的聚類算法為K-means聚類算法。K-means聚類算法是基于歐式距離(8)歐氏距離，即歐幾里得度量，是一個(gè)通常采用的距離定義，指在m維空間中兩個(gè)點(diǎn)之間的真實(shí)距離，或者向量的自然長(zhǎng)度(即該點(diǎn)到原點(diǎn)的距離)。實(shí)現(xiàn)的，因此本文聚類分析所利用的就是石制品(功能單位)的出土三維坐標(biāo)(xyz坐標(biāo)數(shù)據(jù))。

進(jìn)行聚類分析的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)石制品功能的分區(qū)，探索石制品(功能單位)在該地點(diǎn)中是否存在以及存在于幾個(gè)聚集中心，而石制品功能能夠反映出古人類的某些行為，因此對(duì)石制品的功能單位進(jìn)行聚類分析，可以在一定程度上還原其遺址結(jié)構(gòu)，有利于對(duì)遺址功能的進(jìn)一步研究。

為了保證聚類結(jié)果的有效性，必須選擇代表性強(qiáng)和數(shù)據(jù)完整性高的樣本。在本研究的總樣本中，2010年發(fā)掘的樣本在數(shù)量和比例上較高，因此，聚類分析的樣本是具有完整坐標(biāo)的2010年出土的石制品，所分析的具體對(duì)象為這部分石制品所有的功能單位，總計(jì)204個(gè)功能單位。一次聚類不一定能夠得到具有意義的聚類結(jié)果，因此分別設(shè)定3、4、5、6、7個(gè)聚類中心，對(duì)石制品的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，再分別評(píng)估聚類結(jié)果的有效性。

經(jīng)過五次聚類計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)定聚類中心為4個(gè)時(shí)，各類的類內(nèi)相似性最大，類間差異性最大。聚類結(jié)果顯示的石制品分布以及4個(gè)聚類中心坐標(biāo)分別如圖1和表4所示?！癈luster”代表簇，一個(gè)簇對(duì)應(yīng)一個(gè)石制品聚集區(qū)域，xyz坐標(biāo)單位均為cm，其中z軸坐標(biāo)表示距離地面的距離。

對(duì)4個(gè)區(qū)域的功能單位中最主要的加工材料、運(yùn)動(dòng)方式和行為分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示：從加工材料來看，動(dòng)物性材料主要集中在0區(qū)和2區(qū)，比如肉、鮮骨和鮮皮(圖2)。從運(yùn)動(dòng)方式來看，切、刮、剔、捆綁、鋸、鉆、穿刺這些運(yùn)動(dòng)方式主要集中在0區(qū)和2區(qū)(圖3)。

從行為來看，與動(dòng)物屠宰食用相關(guān)的全系列處理流程都集中在0區(qū)和2區(qū)，包括剝皮、切肉、剔肉、片肉、割肉、刮鮮骨、切軟骨、切鮮骨、砍砸鮮骨、刻劃鮮骨、切鋸鮮骨、鉆鮮骨、刮鮮皮、切鮮皮、切筋，并且捆綁的行為也只出現(xiàn)在0區(qū)和2區(qū)(圖4)。此外，0區(qū)和2區(qū)也出現(xiàn)了處理植物性材料的現(xiàn)象，包括刮鮮木和鋸鮮木。

圖1 聚類結(jié)果示意圖

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圖2 加工材料區(qū)域分布柱形圖

受限于樣本數(shù)量，從運(yùn)動(dòng)方式、加工材料和行為三個(gè)屬性數(shù)據(jù)來看，對(duì)0區(qū)和2區(qū)這兩個(gè)數(shù)據(jù)最為集中的區(qū)域難以進(jìn)行更為細(xì)致的區(qū)分。從0區(qū)和2區(qū)的聚類中心位置來看，兩者近似位于同一平面，而這兩個(gè)區(qū)中的功能單位都分別在空間上靠近這兩個(gè)聚類中心，因此可以認(rèn)為兩個(gè)區(qū)中的功能單位都在空間上靠近z軸方向上坐標(biāo)為270的平面。從z軸方向俯視這些功能單位的分布情況，可以看到0區(qū)和2區(qū)只是在水平分布上分別靠近遺址的兩個(gè)邊界(圖5)。這說明在該地點(diǎn)中，能夠指示古人類某種行為的石制品集中在距離地面270 cm的平面四周，對(duì)應(yīng)地層大致為4層與5層的分界線，這也是該地點(diǎn)遺址結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果。

該地點(diǎn)的動(dòng)物埋藏學(xué)顯示，在所有保留切割痕的化石中，存在切割痕的披毛犀骨骼化石主要集中在4—5層，占到總數(shù)的75%，說明古人類的食肉行為可能主要集中在4—5層(9)張立民《內(nèi)蒙古烏蘭木倫遺址埋藏學(xué)的初步研究》，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)古脊椎動(dòng)物與古人類研究所2013年碩士學(xué)位論文。，這在某種程度上與石制品空間聚類結(jié)果大致是吻合的，也從另一個(gè)方面驗(yàn)證了聚類結(jié)果的有效性。

圖3 運(yùn)動(dòng)方式區(qū)域分布柱形圖

圖4 行為區(qū)域分布柱形圖

圖5 聚類結(jié)構(gòu)z軸方向俯視圖

利用包含物(本研究中是石制品)的出土坐標(biāo)進(jìn)行聚類分析，能夠直觀地觀察到整個(gè)空間中包含物的分布情況，在一個(gè)有效聚類中，結(jié)果中的一個(gè)區(qū)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間范圍實(shí)際上能夠反映一個(gè)生活面的使用時(shí)間范圍。本研究最后的結(jié)果顯示,所有具有行為指示性的石制品都以距離地面270 cm的平面為聚集平面，這個(gè)平面上下的一定范圍很可能對(duì)應(yīng)著一個(gè)比較真實(shí)的生活面，而這個(gè)生活面也是古人類進(jìn)行動(dòng)物屠宰行為最多的一個(gè)時(shí)期。而從動(dòng)物埋藏學(xué)出發(fā)所判斷的古人類食肉行為集中在4—5層，這個(gè)范圍可能偏大也可能偏小。

六、 結(jié) 論

通過對(duì)烏蘭木倫遺址第一地點(diǎn)出土的254件石制品的298個(gè)使用單位進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘和聚類分析，能夠得到以下結(jié)論：

1.從石制品功能數(shù)據(jù)的結(jié)果來看，涉及動(dòng)物屠宰加工的石制品比例較高(超過80%)，說明烏蘭木倫遺址第一地點(diǎn)確實(shí)存在一個(gè)動(dòng)物屠宰加工場(chǎng)所。

2.石制品的長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度、重量和運(yùn)動(dòng)方式、加工材料、行為之間具有38條強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，表明用于特定行為的石制品在長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、厚度和重量上存在一系列共同特征。同時(shí)，主要運(yùn)動(dòng)方式、加工材料、行為所對(duì)應(yīng)的石制品規(guī)格比較相近。

3.利用K-means算法對(duì)石制品功能單位的空間坐標(biāo)進(jìn)行聚類分析得到的遺址結(jié)構(gòu)顯示，在烏蘭木倫遺址第一地點(diǎn)存在一個(gè)古人類進(jìn)行動(dòng)物屠宰加工非常集中的時(shí)期，這個(gè)時(shí)期在遺址中對(duì)應(yīng)距離地面270 cm上下的空間范圍。如果可以獲得相關(guān)的動(dòng)物骨骼化石和鄰近地層中用火遺跡的空間分布數(shù)據(jù)，就能夠?qū)@個(gè)空間范圍做出更細(xì)致的劃分，得到更加明確的遺址結(jié)構(gòu)。

本研究是數(shù)據(jù)挖掘分析方法在遺址功能研究中的初步嘗試，研究結(jié)果顯示出這一數(shù)據(jù)分析方法在考古學(xué)研究中的潛力。作為一種定量分析方法，數(shù)據(jù)挖掘能夠準(zhǔn)確、有效、客觀地處理考古遺址中數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘能夠應(yīng)用于考古學(xué)研究的多個(gè)領(lǐng)域，并為考古發(fā)掘提供重要的指導(dǎo)。在考古發(fā)掘階段，根據(jù)研究目的對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行完整而準(zhǔn)確的記錄，是數(shù)據(jù)挖掘的前提，有助于更好地提升考古學(xué)研究的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。