文物形態(tài)結(jié)構(gòu)與組成分析研究課件

第二章文物形態(tài)結(jié)構(gòu)與組成分析研究第一節(jié)文物的形態(tài)分析考古工作是通過研究文物來(lái)研究古代社會(huì)歷史的，必須借助于古物才能見古人。要研究文物這個(gè)古代社會(huì)的物質(zhì)載體，必須先對(duì)它有外形上的認(rèn)識(shí)。面對(duì)雜亂無(wú)章的各種器物，首先要對(duì)之進(jìn)行分類，然后找出它們的聯(lián)系與區(qū)別，這就需要類型學(xué)的分析，類型學(xué)的研究一般是從器物的外形入手，即所謂的形態(tài)分析。一、文物的形態(tài)分析手段二、文物形態(tài)分析的幾種方法一、文物的形態(tài)分析手段隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)事物的描述和分析要求越來(lái)越精確，數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)可以滿足科學(xué)研究的要求?，F(xiàn)在，數(shù)學(xué)已成為自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)的強(qiáng)有力的工具，電子計(jì)算機(jī)的普及及其迅速發(fā)展則強(qiáng)烈地滲透并服務(wù)各個(gè)學(xué)科，數(shù)學(xué)方法與計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使得科技考古趨于迅捷、精確、全面。（一）數(shù)學(xué)方法的作用數(shù)學(xué)是一門邏輯推理極強(qiáng)的學(xué)科，它處理各種量及其關(guān)系，而所有的量都是從現(xiàn)實(shí)中抽象出來(lái)的?！皵?shù)學(xué)方法是定量地發(fā)現(xiàn)、論證和描述客觀規(guī)律的方法”，數(shù)學(xué)方法引入考古學(xué)中給考古學(xué)帶來(lái)了新的生機(jī)?？脊刨Y料實(shí)際上也存在著質(zhì)和量的關(guān)系，各種遺存以多種形式與周圍其他遺存之間保持著數(shù)量的特征和聯(lián)系。（二）計(jì)算機(jī)在考古中的利弊面對(duì)日益驚人的考古信息量及其積累速度，自20世紀(jì)60年代開始，國(guó)外的考古人員就開始在實(shí)際操作中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，至今已積累相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)。眾多的、離散的卻各具一系列特征的考古資料，我們可以用數(shù)理方法進(jìn)行定性、定量的研究。也就是說(shuō)，我們只要將考古遺存的信息標(biāo)準(zhǔn)化，輸入計(jì)算機(jī)中，利用設(shè)計(jì)好的等級(jí)法則、程序處理、分析資料。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）就是使用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的視覺、聽覺、觸覺及味覺等三維感觀世界，用戶可以直接用人的技能和智慧對(duì)這個(gè)生成的虛擬實(shí)體進(jìn)行考察和操縱。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在考古研究中的應(yīng)用（虛擬考古？）就是使用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成逼真的三維古代環(huán)境、古代城市、考古遺址、考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)、考古博物館等等，并配合相關(guān)的聲音等信息。如同很多博物館中制作一些考古遺址、墓葬的沙盤一樣，虛擬考古可以根據(jù)考古調(diào)查、發(fā)掘的數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)時(shí)情況進(jìn)行虛擬，通過計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)地重現(xiàn)當(dāng)時(shí)的歷史片段或考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)等等場(chǎng)景；也能夠根據(jù)考古學(xué)家的假設(shè)或推斷進(jìn)行虛擬，檢驗(yàn)假設(shè)或推斷的可靠性。虛擬考古的用戶不僅可以觀察考古數(shù)據(jù)，而且可以與虛擬考古的對(duì)象進(jìn)行交互，具有從外到內(nèi)或從內(nèi)到外觀察考古數(shù)據(jù)空間的特征。比如用手（通過傳感器或跟蹤裝置）或其他三維工具來(lái)操縱古代模型、感知虛擬考古對(duì)象的觸覺乃至氣息等等。這樣，考古學(xué)家可以充分地利用考古數(shù)據(jù)，從不同的角度使用不同的方式來(lái)研究考古學(xué)的問題，提高了效率，更會(huì)節(jié)省大量的時(shí)間；非考古專業(yè)的人士則可以非常直觀地感知考古研究的內(nèi)容，領(lǐng)略考古學(xué)家所揭示的古代社會(huì)的“真實(shí)”面貌，走進(jìn)視聽效果十分逼真的虛擬考古世界，體驗(yàn)身臨其境的感覺。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)考古數(shù)據(jù)庫(kù)即考古數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，是一個(gè)由考古空間的相關(guān)信息組成的多媒體混合物?？脊判畔⒌臄?shù)字化將是必然的趨勢(shì)，考古調(diào)查、發(fā)掘和研究中的各種信息都需要按一定的方式輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，才能夠進(jìn)行高效的管理和應(yīng)用研究。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了家喻戶曉的地步，沒有網(wǎng)絡(luò)就無(wú)法談?wù)撔畔r(shí)代。網(wǎng)上考古信息的發(fā)布、傳送，網(wǎng)上考古論壇的開設(shè)等已經(jīng)為考古研究人員提供了極大的便利，同時(shí)考古數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)只有通過網(wǎng)絡(luò)連接才能夠得到充分的利用和更為有效的管理。計(jì)算機(jī)技術(shù)在考古工作的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、有利于考古發(fā)掘與研究時(shí)資料的快速查詢與排序?qū)Ρ?，并可同時(shí)打印出文物檔案、查詢結(jié)果和對(duì)比結(jié)果，減輕人工抄寫和查詢的繁重勞動(dòng)和重復(fù)勞動(dòng)。2、有效地對(duì)各種考古實(shí)物分析、檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理。一般地，各種分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備都配有計(jì)算機(jī)部分；同時(shí)它在排除各種影響因素方面比較客觀科學(xué)。3、有利于從更大的空間范圍內(nèi)進(jìn)行宏觀的、動(dòng)態(tài)的、多變量的分析，如區(qū)域文化研究、貿(mào)易系統(tǒng)研究、遺址系統(tǒng)空間研究，尤其是運(yùn)用各種模式進(jìn)行多元研究。4、它是GIS、GPS技術(shù)的基礎(chǔ)和必備設(shè)施。5、有利于考古資料的科學(xué)化管理，避免人為操作過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤、丟損以及人的經(jīng)驗(yàn)性、隨意性，并可以動(dòng)態(tài)、靈活地記錄和修補(bǔ)原有信息。6、通過聯(lián)機(jī)網(wǎng)絡(luò)化可實(shí)現(xiàn)考古資料共享，促進(jìn)各種學(xué)科的交流。描述一個(gè)器物需要許多言語(yǔ)，可是計(jì)算機(jī)上顯示的圖片能提供更直接的形象。每張DVD－ROM的容量為4.7GB至17GB，已相當(dāng)于一個(gè)中小型圖書館的藏書容量。它們?yōu)楦黝惾藛T查詢、瀏覽、檢索提供了快捷工具。計(jì)算機(jī)在考古學(xué)中的應(yīng)用也存在一些問題：首先是考古學(xué)軟件，包括資料和分析軟件，其開發(fā)離不開軟件專業(yè)人員。一般是考古人員與計(jì)算機(jī)公司合作，但市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下這類軟件的經(jīng)濟(jì)利益不高，而且計(jì)算機(jī)的功能在不斷發(fā)展，軟件也需要不斷升級(jí)，這些會(huì)影響考古工作。其次在操作中不可避免地帶有記錄者的個(gè)人選擇、操作水平、經(jīng)驗(yàn)程度，這些直接影響著工作的成果。用計(jì)算機(jī)編譯考古學(xué)“在很多環(huán)節(jié)上仍然存在著不規(guī)律性、不確定性和多解性”。二、文物形態(tài)分析的幾種方法（一）文物分類將文物分成不同的類別，才能發(fā)現(xiàn)、總結(jié)規(guī)律，進(jìn)行深層次的研究。文物的分類仍然遵循類型學(xué)的原理和方法，只不過分類的標(biāo)準(zhǔn)更加數(shù)量化、科學(xué)化。文物分類的第一步是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，包括數(shù)理統(tǒng)計(jì)和模糊統(tǒng)計(jì)。表X2.1鄭州龍山文化期與鄭州、小屯殷商文化各期陶系比較表陶系期別灰陶紅陶黃陶黑陶硬釉陶白陶總計(jì)泥質(zhì)夾砂泥質(zhì)夾砂厚胎薄胎厚胎蛋殼泥質(zhì)鄭州龍山期35.50756.1341.1441.6524.7730.78999.999%鄭州殷商早期58.76639.1850.6841.3020.0410.02199.999%鄭州殷商中期59.40639.1060.1641.1540.0280.14099.998%鄭州殷商晚期57.75737.1713.5801.3720.11999.999%小屯殷商期79.9618.531.2599.74%小屯殷商期90.076.861.071.730.27100%備注鄭州殷商晚期其他坑也有厚胎黑陶表X2.2鄭州龍山文化期與鄭州、小屯殷商文化各期陶器紋飾比較表紋飾期別籃紋繩紋方格紋素面附加堆紋磨光獸面紋云雷紋劃紋圓圈紋劃刻記號(hào)其他總計(jì)鄭州龍山期19.40834.63513.61022.5649.783100%鄭州殷商早期0.17068.7120.69019.8171.8748.5310,0100.0150.0720.0150.09299.998%鄭州殷商中期0.26665.0620.37823.7772.7456.6610.0370.1070.8400.0470.07999.998%鄭州殷商晚期66.8851.0749.3081.49121.0620.180100%小屯殷商期63.5529.133.395.98%目前，考古學(xué)家已利用類型學(xué)的原理實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)大量器物、文化的自動(dòng)分類。習(xí)慣上存在兩種分類法：一類是“類型斷定法”，它依靠模式識(shí)別，斷定標(biāo)本是否屬于某個(gè)類型。首先向計(jì)算機(jī)輸入已知類別的特征集合，然后將具有最小誤差概率的新標(biāo)本編入集合，根據(jù)計(jì)算機(jī)的集合運(yùn)算結(jié)果來(lái)斷定新標(biāo)本的類別。另一類是“群集分類法”，它將標(biāo)本輸入計(jì)算機(jī)中，不需輸入已知的集合，計(jì)算機(jī)可以將某種意義上相似的器物自動(dòng)歸為一類并建立類別，而且各類盡可能地不相似。（二）考古序列年代的研究計(jì)算機(jī)考古年代序列分析系統(tǒng)（CASA）是我國(guó)首次建立的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，它采取了漢字表述和人機(jī)對(duì)話，以及附加子程序等，以便考古學(xué)家直接運(yùn)用或中途檢驗(yàn)，或隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)整等。

CASA是將類型學(xué)的序列排隊(duì)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)計(jì)學(xué)問題，利用計(jì)算機(jī)的反復(fù)演算由器物型式代表的不同考古單位諸因素間相關(guān)數(shù)值的大小，排定考古單位的前后序列，最后以矩陣圖形形式表示。

CASA系統(tǒng)依據(jù)的是布林納德―邏賓遜原理、方法和系統(tǒng)。布林納德－邏賓遜方法直觀的考古意義是：假定墓葬（或遺址）及其出土的有關(guān)器物均按早晚順序排列成相關(guān)矩陣，則器物應(yīng)集中在對(duì)角線附近。若利用數(shù)學(xué)方法將原先雜亂無(wú)章的發(fā)掘品登記表加以調(diào)整，排列成上述矩陣，即可推斷出器物的早晚順序。操作時(shí)，將器物排列成行，墓葬排列成列，順次編號(hào)，墓葬中出土器物無(wú)論多少均以一個(gè)（*）表示。各行將各器物所處列位置號(hào)相加，除以器物數(shù)為該行行值（ai）。同樣地各列以各器物所處行位置號(hào)相加，除以器物數(shù)為該列列值（ak）。每行（或列）中器物位置最大號(hào)與最小號(hào)數(shù)之差為該行（或列）的跨度差（S），以所有行與所有列的跨度差之和為判別值（G）。然后按行值大小排列一次，再按列值大小排列一次，再次計(jì)算上述各值。如此類推，直到判別值（G）最小為止，這時(shí)器物數(shù)目就大致集中在矩陣的對(duì)角線附近，而這樣排列的器物順序就代表了它們的早晚時(shí)序，依此可以對(duì)墓葬進(jìn)行早晚分期。用CASA對(duì)考古遺存進(jìn)行年代分析，內(nèi)在邏輯性強(qiáng)，各個(gè)遺跡、遺物都被有序地排列出來(lái)，而且排列時(shí)出現(xiàn)的倒排現(xiàn)象降到最低限度。但是，在使用CASA時(shí)要注意，器物的分型定式必須高質(zhì)量，遺跡單位的地層關(guān)系必須絕對(duì)清晰；而且最后的分析結(jié)果必須接受地層學(xué)、類型學(xué)的檢驗(yàn)，它是遺存年代分析的一種輔助手段。（三）遺跡、遺物間的研究考古學(xué)中經(jīng)常碰到的問題是：一個(gè)器物或一組器物，與典型的器物群之間的相似程度到底達(dá)到多少，才算屬于同一種文化內(nèi)涵？在劃分考古學(xué)文化的區(qū)系類型時(shí)，常見的問題依然是：一群考古學(xué)文化遺存的共同特征達(dá)到什么程度時(shí)為一種文化。諸如此類的問題帶有不確定性和模糊性，這就需要定量的分析，通過計(jì)算機(jī)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、多元分析法等數(shù)學(xué)方法就可解決此類問題。1.多元統(tǒng)計(jì)分析法多元統(tǒng)計(jì)分析是統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)重要分支，是研究多個(gè)隨機(jī)變量之間相互依賴關(guān)系以及內(nèi)在統(tǒng)計(jì)規(guī)律的一門統(tǒng)計(jì)學(xué)科。具體說(shuō)來(lái)，即分析多個(gè)隨機(jī)變量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，探索變量之間的相互關(guān)系，根據(jù)這些變量的內(nèi)在變化規(guī)律，給出研究對(duì)象的分類結(jié)果。主成分分析法是設(shè)法將原來(lái)變量重新組合成一組新的互相獨(dú)立的幾個(gè)綜合變量（主成分）來(lái)代替原來(lái)的變量，同時(shí)根據(jù)需要從中可以確定幾個(gè)較少的綜合變量（主成分）盡可能多地反映原來(lái)變量的信息?？脊艑W(xué)用主成分分析就是所有器物原始屬性的綜合情況，對(duì)這些原始屬性進(jìn)行高維變量空間的降維處理；即就是平移和旋轉(zhuǎn)變化原坐標(biāo)系，使新坐標(biāo)的原點(diǎn)與數(shù)據(jù)群點(diǎn)的重心重合，這樣新坐標(biāo)系的第一軸對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)變異的最大方向，新坐標(biāo)系的第二軸與第一軸標(biāo)準(zhǔn)正交且對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)變異次最大方向。2.概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在考古學(xué)家將注意力集中于那些無(wú)言的未知或可疑數(shù)期望從中得到更多的古代人類信息，這就必須憑借隨機(jī)數(shù)學(xué)和模糊數(shù)學(xué)。隨機(jī)性數(shù)學(xué)最主要的方法是概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)。概率表示的是隨機(jī)現(xiàn)象量的規(guī)律性，即“頻率的穩(wěn)定值”，是一次試驗(yàn)中對(duì)某事件發(fā)生的可能性大小的數(shù)量描述，用數(shù)學(xué)公式表示為P（A）＝m/n

其中P（A）表示概率，m表示試驗(yàn)中發(fā)生的次數(shù)，n表示這類事件發(fā)生的所有數(shù)目。概率法的不足：（1）它的分析程序比較復(fù)雜；（2）墓地的各類器物的分型定式一定要精確；（3）墓葬需要至少有一組實(shí)物隨葬；（4）墓地的墓葬數(shù)量不能太少，越多結(jié)論越可靠；（5）墓地要連續(xù)作用，中間有缺環(huán)的不能使用。3.模糊聚類法

1965年，美國(guó)的控制論專家查德（L.A.Zadeh）提出模糊數(shù)學(xué)的理論。在自然界和社會(huì)現(xiàn)象中，絕大多數(shù)中概念都是不確切的，更多的差異具有明顯的相互過渡階段，處于中介過渡的差異具有亦此亦彼性，這些沒有明確外延的概念稱為模糊概念。