EMCAL/AliEMCALPID.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
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   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17 /* History of cvs commits:
  18  *
  19  * $Log$
  20  * Revision 1.9  2007/02/20 20:17:43  hristov
  21  * Corrected array size, removed warnings (icc)
  22  *
  23  * Revision 1.8  2006/12/19 08:49:35  gustavo
  24  * New PID class for EMCAL, bayesian analysis done with ESD data, PID information filled when calling AliEMCALPID in AliEMCALReconstructor::FillESD()
  25  *
  26  *
  27  */
  28 //    to compute PID for all the clusters in ESDs.root file
  29 //     the ESDs.root have to be in the same directory as the class
  30 //
  31 //
  32 //
  33 //
  34 //
  35 //      AliEMCALPID::CalculPID(Energy,Lambda0)
  36 //        Calcul PID for all clusters in AliESDs.root file
  37 //        keep this function for the moment for a simple verification, could be removed
  38 //
  39 //
  40 //
  41 //   AliEMCALPID::CalculPID(Energy,Lambda0)
  42 //    calcul PID Weght for a cluster with Energy, Lambda0 .
  43 //    Double_t PIDFinal[AliPID::kSPECIESN]  is the standard PID for :
  44 //
  45 //
  46 //
  47 //      kElectron :  fPIDFinal[0]
  48 //      kMuon     :  fPIDFinal[1]
  49 //      kPion     :  fPIDFinal[2]
  50 //      kKaon     :  fPIDFinal[3]
  51 //      kProton   :  fPIDFinal[4]
  52 //      kPhoton   :  fPIDFinal[5]
  53 //      kPi0      :  fPIDFinal[6]
  54 //      kNeutron  :  fPIDFinal[7]
  55 //      kKaon0    :  fPIDFinal[8]
  56 //      kEleCon   :  fPIDFinal[9]
  57 //      kUnknown  :  fPIDFinal[10]
  58 //
  59 //
  60 //    PID[3] is a simple PID for
  61 //      Electron & Photon  PID[0]
  62 //                    Pi0  PID[1]
  63 //                 Hadron  PID[2]
  64 //
  65 //
  66 //
  67 //
  68 //
  69 // --- ROOT system ---
  70
  71 // standard C++ includes
  72 #include <Riostream.h>
  73 // #include <cstdlib>
  74 // #include <cmath>
  75
  76 // ROOT includes
  77 #include "TTree.h"
  78 #include "TStyle.h"
  79 #include "TVector3.h"
  80 #include "TBranch.h"
  81 #include "TClonesArray.h"
  82 #include "TCanvas.h"
  83 #include "TLorentzVector.h"
  84 #include "TMath.h"
  85 #include "TFile.h"
  86 #include "TH1.h"
  87 #include "TH2.h"
  88 #include "TParticle.h"
  89
  90 // // STEER includes
  91 // #include "AliRun.h"
  92 // #include "AliRunLoader.h"
  93 // #include "AliHeader.h"
  94 // #include "AliLoader.h"
  95 // #include "AliStack.h"
  96 // #include "AliESDtrack.h"
  97 // #include "AliESD.h"
  98 #include "AliLog.h"
  99 #include "AliEMCALPID.h"
 100
 101 ClassImp(AliEMCALPID)
 102
 103 //______________________________________________
 104   AliEMCALPID::AliEMCALPID():
 105     fPrintInfo(kFALSE), fProbGamma(0.),fProbPiZero(0.),fProbHadron(0.),fReconstructor(kFALSE)
 106 {
 107   //
 108   // Constructor.
 109   // Initialize all constant values which have to be used
 110   // during PID algorithm execution
 111   //
 112
 113   // set flag for printing to FALSE by default
 114   fPrintInfo = kFALSE;
 115
 116   // as a first step, all array elements are initialized to 0.0
 117   Int_t i, j;
 118   for (i = 0; i < 6; i++) {
 119     for (j = 0; j < 6; j++) {
 120       fGamma[i][j] = fHadron[i][j] = fPiZero5to10[i][j] = fPiZero10to60[i][j] = 0.;
 121     }
 122   }
 123
 124   // then, only the ones which must be not zero are initialized
 125   // while the others will remain to the value 0.0
 126
 127   fGamma[0][0] =  0.038022;
 128   fGamma[0][1] = -0.0001883;
 129   fGamma[0][2] =  5.449e-06;
 130
 131   fGamma[1][0] =  0.207313;
 132   fGamma[1][1] = -0.000978;
 133   fGamma[1][2] =  0.00001634;
 134
 135   fGamma[2][0] =  0.043364;
 136   fGamma[2][1] = -0.0002048;
 137   fGamma[2][2] =  8.661e-06;
 138   fGamma[2][3] = -1.353e-07;
 139
 140   fGamma[3][0] =  0.265004;
 141   fGamma[3][1] =  0.061298;
 142   fGamma[3][2] = -0.003203;
 143   fGamma[3][3] =  4.73e-05;
 144
 145   fGamma[4][0] =  0.243579;
 146   fGamma[4][1] = -1.614e-05;
 147
 148   fGamma[5][0] =  0.002942;
 149   fGamma[5][1] = -3.976e-05;
 150
 151   fHadron[0][0] =  0.011945 / 3.;
 152   fHadron[0][1] =  0.000386 / 3.;
 153   fHadron[0][2] = -0.000014 / 3.;
 154   fHadron[0][3] =  1.336e-07 / 3.;
 155
 156   fHadron[1][0] =  0.496544;
 157   fHadron[1][1] = -0.003226;
 158   fHadron[1][2] =  0.00001678;
 159
 160   fHadron[2][0] =  0.144838;
 161   fHadron[2][1] = -0.002954;
 162   fHadron[2][2] =  0.00008754;
 163   fHadron[2][3] = -7.587e-07;
 164
 165   fHadron[3][0] =  1.264461 / 7.;
 166   fHadron[3][1] =  0.002097 / 7.;
 167
 168   fHadron[4][0] =  0.261950;
 169   fHadron[4][1] = -0.001078;
 170   fHadron[4][2] =  0.00003237;
 171   fHadron[4][3] = -3.241e-07;
 172   fHadron[4][4] =  0.;
 173   fHadron[4][5] =  0.;
 174   fHadron[5][0] =  0.010317;
 175   fHadron[5][1] =  0.;
 176   fHadron[5][2] =  0.;
 177   fHadron[5][3] =  0.;
 178   fHadron[5][4] =  0.;
 179   fHadron[5][5] =  0.;
 180
 181   fPiZero5to10[0][0] = 0.009138;
 182   fPiZero5to10[0][1] = 0.0006377;
 183
 184   fPiZero5to10[1][0] = 0.08;
 185
 186   fPiZero5to10[2][0] = -0.061119;
 187   fPiZero5to10[2][1] =  0.019013;
 188
 189   fPiZero5to10[3][0] =  0.2;
 190
 191   fPiZero5to10[4][0] =  0.252044;
 192   fPiZero5to10[4][1] = -0.002315;
 193
 194   fPiZero5to10[5][0] =  0.002942;
 195   fPiZero5to10[5][1] = -3.976e-05;
 196
 197   fPiZero10to60[0][0] =  0.009138;
 198   fPiZero10to60[0][1] =  0.0006377;
 199
 200   fPiZero10to60[1][0] =  1.272837;
 201   fPiZero10to60[1][1] = -0.069708;
 202   fPiZero10to60[1][2] =  0.001568;
 203   fPiZero10to60[1][3] = -1.162e-05;
 204
 205   fPiZero10to60[2][0] =  0.139703;
 206   fPiZero10to60[2][1] =  0.003687;
 207   fPiZero10to60[2][2] = -0.000568;
 208   fPiZero10to60[2][3] =  1.498e-05;
 209   fPiZero10to60[2][4] = -1.174e-07;
 210
 211   fPiZero10to60[3][0] = -0.826367;
 212   fPiZero10to60[3][1] =  0.096951;
 213   fPiZero10to60[3][2] = -0.002215;
 214   fPiZero10to60[3][3] =  2.523e-05;
 215
 216   fPiZero10to60[4][0] =  0.249890;
 217   fPiZero10to60[4][1] = -0.000063;
 218
 219   fPiZero10to60[5][0] =  0.002942;
 220   fPiZero10to60[5][1] = -3.976e-05;
 221
 222   fPIDWeight[0] = -1;
 223   fPIDWeight[1] = -1;
 224   fPIDWeight[2] = -1;
 225   fReconstructor = kFALSE;
 226 }
 227
 228 //______________________________________________
 229 void AliEMCALPID::RunPID(AliESD *esd)
 230 {
 231 //
 232 // Make the PID for all the EMCAL clusters containedin the ESDs File
 233 // but just gamma/PiO/Hadron
 234 //
 235         // trivial check against NULL object passed
 236
 237   if (esd == 0x0) {
 238     AliInfo("NULL ESD object passed!!" );
 239     return ;
 240   }
 241
 242   Int_t nClusters = esd->GetNumberOfEMCALClusters();
 243   Int_t firstCluster = esd->GetFirstEMCALCluster();
 244   Double_t energy, lambda0;
 245   for (Int_t iCluster = firstCluster; iCluster < (nClusters + firstCluster); iCluster++) {
 246
 247     AliESDCaloCluster *clust = esd->GetCaloCluster(iCluster);
 248     energy = clust->GetClusterEnergy();
 249     lambda0 = clust->GetM02();
 250     // verify cluster type
 251     Int_t clusterType= clust->GetClusterType();
 252     if (clusterType == AliESDCaloCluster::kClusterv1 && lambda0 != 0 && energy > 5 && energy < 1000) {
 253       // reject clusters with lambda0 = 0
 254       // reject clusters with energy < 5 GeV
 255       ComputePID(energy, lambda0);
 256       if (fPrintInfo) {
 257         AliInfo("___________________________________________________");
 258         AliInfo(Form( "Particle Energy = %f",energy));
 259         AliInfo(Form( "Particle Lambda0 of the particle = %f", lambda0) );
 260         AliInfo("PIDWeight of the particle :" );
 261         AliInfo(Form( " GAMMA  : %f",fPID[0] ));
 262         AliInfo(Form( " PiZero : %f",fPID[1] ));
 263         AliInfo(Form( " HADRON : %f", fPID[2] ));
 264         AliInfo("_________________________________________");
 265         AliInfo(Form( " kElectron : %f", fPIDFinal[0]) );
 266         AliInfo(Form( " kMuon     : %f", fPIDFinal[1] ));
 267         AliInfo(Form( " kPion       : %f", fPIDFinal[2] ));
 268         AliInfo(Form( " kKaon       : %f", fPIDFinal[3] ));
 269         AliInfo(Form( " kProton   : %f", fPIDFinal[4] ));
 270         AliInfo(Form( " kPhoton   : %f", fPIDFinal[5] ));
 271         AliInfo(Form( " kPi0        : %f", fPIDFinal[6] ));
 272         AliInfo(Form( " kNeutron  : %f", fPIDFinal[7] ));
 273         AliInfo(Form( " kKaon0  : %f", fPIDFinal[8] ));
 274         AliInfo(Form( " kEleCon   : %f", fPIDFinal[9] ));
 275         AliInfo(Form( " kUnknown  : %f", fPIDFinal[10] ));
 276         AliInfo("___________________________________________________");
 277       }
 278
 279       if(fReconstructor) // In case it is called during reconstruction.
 280         clust->SetPid(fPIDFinal);
 281     } // end if (clusterType...)
 282   } // end for (iCluster...)
 283 }
 284
 285 //__________________________________________________________
 286 void AliEMCALPID::ComputePID(Double_t energy, Double_t lambda0)
 287 {
 288 //
 289 // This is the main command, which uses the distributions computed and parametrised,
 290 // and gives the PID by the bayesian method.
 291 //
 292   TArrayD paramDistribGamma  = DistLambda0(energy, 1);
 293   TArrayD paramDistribPiZero = DistLambda0(energy, 2);
 294   TArrayD paramDistribHadron = DistLambda0(energy, 3);
 295
 296   Bool_t norm = kFALSE;
 297
 298   fProbGamma   = TMath::Gaus(lambda0, paramDistribGamma[1], paramDistribGamma[2], norm) * paramDistribGamma[0];
 299   fProbGamma  += TMath::Landau(lambda0, paramDistribGamma[4], paramDistribGamma[5], norm) * paramDistribGamma[3];
 300   fProbPiZero  = TMath::Gaus(lambda0, paramDistribPiZero[1], paramDistribPiZero[2], norm) * paramDistribPiZero[0];
 301   fProbPiZero += TMath::Landau(lambda0, paramDistribPiZero[4], paramDistribPiZero[5], norm) * paramDistribPiZero[3];
 302   fProbHadron  = TMath::Gaus(lambda0, paramDistribHadron[1], paramDistribHadron[2], norm) * paramDistribHadron[0];
 303   fProbHadron += TMath::Landau(lambda0, paramDistribHadron[4], paramDistribHadron[5], norm) * paramDistribHadron[3];
 304
 305   // compute PID Weight
 306   fPIDWeight[0] = fProbGamma / (fProbGamma + fProbPiZero + fProbHadron);
 307   fPIDWeight[1] = fProbPiZero / (fProbGamma+fProbPiZero+fProbHadron);
 308   fPIDWeight[2] = fProbHadron / (fProbGamma+fProbPiZero+fProbHadron);
 309
 310   SetPID(fPIDWeight[0], 0);
 311   SetPID(fPIDWeight[1], 1);
 312   SetPID(fPIDWeight[2], 2);
 313
 314   // sortie ecran pid Weight only for control (= in english ???)
 315   if (fPrintInfo) {
 316     AliInfo(Form( "Energy in loop = %f", energy) );
 317     AliInfo(Form( "Lambda0 in loop = %f", lambda0) );
 318     AliInfo(Form( "fProbGamma in loop = %f", fProbGamma) );
 319     //  AliInfo(Form( "fParametresDistribGamma[2] = %f", fParamDistribGamma[2]) );
 320     AliInfo(Form( "fProbaPiZero = %f", fProbPiZero ));
 321     AliInfo(Form( "fProbaHadron = %f", fProbHadron) );
 322     AliInfo(Form( "PIDWeight in loop = %f ||| %f ||| %f",  fPIDWeight[0] , fPIDWeight[1], fPIDWeight[2]) );
 323     AliInfo(Form( "fGamma[2][2] = %f", fGamma[2][2] ));
 324     AliInfo("********************************************************" );
 325   }
 326
 327   fPIDFinal[0]  = fPIDWeight[0]/2;
 328   fPIDFinal[1]  = fPIDWeight[2]/8;
 329   fPIDFinal[2]  = fPIDWeight[2]/8;
 330   fPIDFinal[3]  = fPIDWeight[2]/8;
 331   fPIDFinal[4]  = fPIDWeight[2]/8;
 332   fPIDFinal[5]  = fPIDWeight[0]/2;
 333   fPIDFinal[6]  = fPIDWeight[1]  ;
 334   fPIDFinal[7]  = fPIDWeight[2]/8;
 335   fPIDFinal[8]  = fPIDWeight[2]/8;
 336   fPIDFinal[9]  = fPIDWeight[2]/8;
 337   fPIDFinal[10] = fPIDWeight[2]/8;
 338 }
 339
 340 //________________________________________________________
 341 TArrayD AliEMCALPID::DistLambda0(Double_t energy, Int_t type)
 342 {
 343   //
 344   // Compute the values of the parametrised distributions using the data initialised before.
 345   //
 346   Double_t constGauss = 0., meanGauss = 0., sigmaGauss = 0.;
 347   Double_t constLandau=0., mpvLandau=0., sigmaLandau=0.;
 348   TArrayD  distributionParam(6);
 349
 350   switch (type) {
 351   case 1:
 352     constGauss  = Polynomial(energy, fGamma[0]);
 353     meanGauss   = Polynomial(energy, fGamma[1]);
 354     sigmaGauss  = Polynomial(energy, fGamma[2]);
 355     constLandau = Polynomial(energy, fGamma[3]);
 356     mpvLandau   = Polynomial(energy, fGamma[4]);
 357     sigmaLandau = Polynomial(energy, fGamma[5]);
 358     break;
 359   case 2:
 360     if (energy < 10) {
 361       constGauss  = Polynomial(energy, fPiZero5to10[0]);
 362       meanGauss   = Polynomial(energy, fPiZero5to10[1]);
 363       sigmaGauss  = Polynomial(energy, fPiZero5to10[2]);
 364       constLandau = Polynomial(energy, fPiZero5to10[3]);
 365       mpvLandau   = Polynomial(energy, fPiZero5to10[4]);
 366       sigmaLandau = Polynomial(energy, fPiZero5to10[5]);
 367     }
 368     else {
 369       constGauss  = Polynomial(energy, fPiZero10to60[0]);
 370       meanGauss   = Polynomial(energy, fPiZero10to60[1]);
 371       sigmaGauss  = Polynomial(energy, fPiZero10to60[2]);
 372       constLandau = Polynomial(energy, fPiZero10to60[3]);
 373       mpvLandau   = Polynomial(energy, fPiZero10to60[4]);
 374       sigmaLandau = Polynomial(energy, fPiZero10to60[5]);
 375     }
 376     break;
 377   case 3:
 378     constGauss  = Polynomial(energy, fHadron[0]);
 379     meanGauss   = Polynomial(energy, fHadron[1]);
 380     sigmaGauss  = Polynomial(energy, fHadron[2]);
 381     constLandau = Polynomial(energy, fHadron[3]);
 382     mpvLandau   = Polynomial(energy, fHadron[4]);
 383     sigmaLandau = Polynomial(energy, fHadron[5]);
 384     break;
 385   }
 386
 387   distributionParam[0] = constGauss;
 388   distributionParam[1] = meanGauss;
 389   distributionParam[2] = sigmaGauss;
 390   distributionParam[3] = constLandau;
 391   distributionParam[4] = mpvLandau;
 392   distributionParam[5] = sigmaLandau;
 393
 394   return distributionParam;
 395 }
 396
 397 //_______________________________________________________
 398 Double_t AliEMCALPID::Polynomial(Double_t x, Double_t *params)
 399 {
 400   //
 401   // Compute a polynomial for a given value of 'x'
 402   // with the array of parameters passed as the second arg
 403   //
 404   Double_t y;
 405   y  = params[0];
 406   y += params[1] * x;
 407   y += params[2] * x * x;
 408   y += params[3] * x * x * x;
 409   y += params[4] * x * x * x * x;
 410   y += params[5] * x * x * x * x * x;
 411
 412   return y;
 413 }