HMPID/AliHMPIDCluster.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 //  *                                                                        *
   7 //  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8 //  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9 //  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10 //  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11 //  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12 //  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13 //  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14 //  **************************************************************************
  15
  16 #include <TVirtualFitter.h>  //Solve()
  17 #include <TMinuit.h>         //Solve()
  18 #include <TClonesArray.h>    //Solve()
  19 #include <TMarker.h>         //Draw()
  20
  21 #include "AliLog.h"          //FitFunc()
  22 #include "AliHMPIDCluster.h"  //class header
  23
  24 Bool_t AliHMPIDCluster::fgDoCorrSin=kTRUE;
  25
  26 ClassImp(AliHMPIDCluster)
  27
  28
  29 void AliHMPIDCluster::SetClusterParams(Double_t xL,Double_t yL,Int_t iCh  )
  30 {
  31   //------------------------------------------------------------------------
  32   //Set the cluster properties for the AliCluster3D part
  33   //------------------------------------------------------------------------
  34
  35   //Get the volume ID from the previously set PNEntry
  36   UShort_t volId=AliGeomManager::LayerToVolUID(AliGeomManager::kHMPID,iCh);
  37
  38
  39   //get L->T cs matrix for a given chamber
  40   const TGeoHMatrix *t2l= AliGeomManager::GetTracking2LocalMatrix(volId);
  41
  42
  43
  44   //transformation from the pad cs to local
  45   xL -= 0.5*AliHMPIDParam::SizeAllX();      //size of all pads with dead zones included
  46   yL -= 0.5*AliHMPIDParam::SizeAllY();
  47
  48   // Get the position in the tracking cs
  49   Double_t posL[3]={xL, yL, 0.};            //this is the LORS of HMPID
  50   Double_t posT[3];
  51   t2l->MasterToLocal(posL,posT);
  52
  53  //Get the cluster covariance matrix in the tracking cs
  54   Double_t covL[9] = {
  55     0.8*0.8/12., 0.,            0.0,                 //pad size X
  56     0.,          0.84*0.84/12., 0.0,                 //pad size Y
  57     0.,          0.,            0.1,                 //just 1 , no Z dimension ???
  58   };
  59
  60   TGeoHMatrix m;
  61   m.SetRotation(covL);
  62   m.Multiply(t2l);
  63   m.MultiplyLeft(&t2l->Inverse());
  64   Double_t *covT = m.GetRotationMatrix();
  65
  66   new(this) AliCluster3D(volId,            // Can be done safer
  67        posT[0],posT[1],posT[2],
  68        covT[0],covT[1],covT[2],
  69                covT[4],covT[5],
  70                        covT[8],
  71                           0x0);            // No MC labels ?
  72 }
  73
  74
  75 AliHMPIDCluster::~AliHMPIDCluster(){
  76   if(fDigs) delete fDigs; fDigs=0;
  77   }
  78
  79 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
  80 void AliHMPIDCluster::CoG()
  81 {
  82 // Calculates naive cluster position as a center of gravity of its digits.
  83 // Arguments: none
  84 //   Returns: none
  85   Int_t minPadX=999,minPadY=999,maxPadX=-1,maxPadY=-1;      //for box finding
  86   if(fDigs==0) return;                                      //no digits in this cluster
  87   fX=fY=fQRaw=0;                                            //init summable parameters
  88   Int_t maxQpad=-1,maxQ=-1;                                 //to calculate the pad with the highest charge
  89   AliHMPIDDigit *pDig=0x0;
  90   for(Int_t iDig=0;iDig<fDigs->GetEntriesFast();iDig++){    //digits loop
  91     pDig=(AliHMPIDDigit*)fDigs->At(iDig);                   //get pointer to next digit
  92
  93     if(pDig->PadPcX() > maxPadX) maxPadX = pDig->PadPcX();  // find the minimum box that contain the cluster  MaxX
  94     if(pDig->PadPcY() > maxPadY) maxPadY = pDig->PadPcY();  //                                                MaxY
  95     if(pDig->PadPcX() < minPadX) minPadX = pDig->PadPcX();  //                                                MinX
  96     if(pDig->PadPcY() < minPadY) minPadY = pDig->PadPcY();  //                                                MinY
  97
  98     Float_t q=pDig->Q();                                    //get QDC
  99     fX += pDig->LorsX()*q;fY +=pDig->LorsY()*q;             //add digit center weighted by QDC
 100     fQRaw+=q;                                               //increment total charge
 101     if(q>maxQ) {maxQpad = pDig->Pad();maxQ=(Int_t)q;}       // to find pad with highest charge
 102   }//digits loop
 103
 104   fBox=(maxPadX-minPadX+1)*100+maxPadY-minPadY+1;           // dimension of the box: format Xdim*100+Ydim
 105
 106   if ( fQRaw != 0 )   fX/=fQRaw;fY/=fQRaw;                  //final center of gravity
 107
 108   if(fDigs->GetEntriesFast()>1&&fgDoCorrSin)CorrSin();       //correct it by sinoid
 109
 110   fQ  = fQRaw;                                              // Before starting fit procedure, Q and QRaw must be equal
 111   fCh=pDig->Ch();                                           //initialize chamber number
 112   fMaxQpad = maxQpad; fMaxQ=maxQ;                           //store max charge pad to the field
 113   fChi2=0;                                                  // no Chi2 to find
 114   fNlocMax=0;                                               // proper status from this method
 115   fSt=kCoG;
 116
 117   SetClusterParams(fX,fY,fCh);                              //need to fill the AliCluster3D part
 118
 119 }//CoG()
 120 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
 121 void AliHMPIDCluster::CorrSin()
 122 {
 123 // Correction of cluster x position due to sinoid, see HMPID TDR  page 30
 124 // Arguments: none
 125 //   Returns: none
 126   Int_t pc,px,py;
 127   AliHMPIDParam::Lors2Pad(fX,fY,pc,px,py);             //tmp digit to get it center
 128   Float_t x=fX-AliHMPIDParam::LorsX(pc,px);                    //diff between cluster x and center of the pad contaning this cluster
 129   fX+=3.31267e-2*TMath::Sin(2*TMath::Pi()/0.8*x)-2.66575e-3*TMath::Sin(4*TMath::Pi()/0.8*x)+2.80553e-3*TMath::Sin(6*TMath::Pi()/0.8*x)+0.0070;
 130 }
 131 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
 132 void AliHMPIDCluster::Draw(Option_t*)
 133 {
 134   TMarker *pMark=new TMarker(X(),Y(),5); pMark->SetUniqueID(fSt);pMark->SetMarkerColor(kBlue); pMark->Draw();
 135 }
 136 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
 137 void AliHMPIDCluster::FitFunc(Int_t &iNpars, Double_t* deriv, Double_t &chi2, Double_t *par, Int_t iflag)
 138 {
 139 // Cluster fit function
 140 // par[0]=x par[1]=y par[2]=q for the first Mathieson shape
 141 // par[3]=x par[4]=y par[5]=q for the second Mathieson shape and so on up to iNpars/3 Mathieson shapes
 142 // For each pad of the cluster calculates the difference between actual pad charge and the charge induced to this pad by all Mathieson distributions
 143 // Then the chi2 is calculated as the sum of this value squared for all pad in the cluster.
 144 // Arguments: iNpars - number of parameters which is number of local maxima of cluster * 3
 145 //            chi2   - function result to be minimised
 146 //            par   - parameters array of size iNpars
 147 //   Returns: none
 148
 149   AliHMPIDCluster *pClu=(AliHMPIDCluster*)TVirtualFitter::GetFitter()->GetObjectFit();
 150
 151   Int_t nPads = pClu->Size();
 152
 153   chi2 = 0;
 154
 155   Int_t iNshape = iNpars/3;
 156
 157   for(Int_t i=0;i<nPads;i++){                                                          //loop on all pads of the cluster
 158     Double_t dQpadMath = 0;
 159     for(Int_t j=0;j<iNshape;j++){                                                      //Mathiesons loop as all of them may contribute to this pad
 160       Double_t fracMathi = pClu->Dig(i)->IntMathieson(par[3*j],par[3*j+1]);
 161       dQpadMath+=par[3*j+2]*fracMathi;                                                 // par[3*j+2] is charge par[3*j] is x par[3*j+1] is y of current Mathieson
 162     }
 163     if(dQpadMath>0 && pClu->Dig(i)->Q()>0) {
 164       chi2 +=TMath::Power((pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath),2)/pClu->Dig(i)->Q();          //chi2 function to be minimized
 165     }
 166   }
 167 //---calculate gradients...
 168   if(iflag==2) {
 169     Double_t **derivPart;
 170
 171     derivPart = new Double_t*[iNpars];
 172
 173     for(Int_t j=0;j<iNpars;j++){
 174       deriv[j] = 0;
 175       derivPart[j] = new Double_t[nPads];
 176       for(Int_t i=0;i<nPads;i++){
 177         derivPart[j][i] = 0;
 178       }
 179     }
 180
 181     for(Int_t i=0;i<nPads;i++){                                                          //loop on all pads of the cluster
 182       for(Int_t j=0;j<iNshape;j++){                                                      //Mathiesons loop as all of them may contribute to this pad
 183         Double_t fracMathi = pClu->Dig(i)->IntMathieson(par[3*j],par[3*j+1]);
 184         derivPart[3*j  ][i] += par[3*j+2]*(pClu->Dig(i)->Mathieson(par[3*j]-pClu->Dig(i)->LorsX()-0.5*AliHMPIDParam::SizePadX())-
 185                                            pClu->Dig(i)->Mathieson(par[3*j]-pClu->Dig(i)->LorsX()+0.5*AliHMPIDParam::SizePadX()))*
 186                                            pClu->Dig(i)->IntPartMathi(par[3*j+1],2);
 187         derivPart[3*j+1][i] += par[3*j+2]*(pClu->Dig(i)->Mathieson(par[3*j+1]-pClu->Dig(i)->LorsY()-0.5*AliHMPIDParam::SizePadY())-
 188                                            pClu->Dig(i)->Mathieson(par[3*j+1]-pClu->Dig(i)->LorsY()+0.5*AliHMPIDParam::SizePadY()))*
 189                                            pClu->Dig(i)->IntPartMathi(par[3*j],1);
 190         derivPart[3*j+2][i] += fracMathi;
 191       }
 192     }
 193                                                                                          //loop on all pads of the cluster
 194     for(Int_t i=0;i<nPads;i++){                                                          //loop on all pads of the cluster
 195       Double_t dQpadMath = 0;                                                            //pad charge collector
 196       for(Int_t j=0;j<iNshape;j++){                                                      //Mathiesons loop as all of them may contribute to this pad
 197         Double_t fracMathi = pClu->Dig(i)->IntMathieson(par[3*j],par[3*j+1]);
 198         dQpadMath+=par[3*j+2]*fracMathi;
 199         if(dQpadMath>0 && pClu->Dig(i)->Q()>0) {
 200           deriv[3*j]   += 2/pClu->Dig(i)->Q()*(pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath)*derivPart[3*j  ][i];
 201           deriv[3*j+1] += 2/pClu->Dig(i)->Q()*(pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath)*derivPart[3*j+1][i];
 202           deriv[3*j+2] += 2/pClu->Dig(i)->Q()*(pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath)*derivPart[3*j+2][i];
 203         }
 204       }
 205     }
 206     //delete array...
 207     for(Int_t i=0;i<iNpars;i++) delete [] derivPart[i]; delete [] derivPart;
 208   }
 209 //---gradient calculations ended
 210
 211 }//FitFunction()
 212 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
 213 void AliHMPIDCluster::Print(Option_t* opt)const
 214 {
 215 //Print current cluster
 216   const char *status=0;
 217   switch(fSt){
 218     case        kFrm  : status="formed        "   ;break;
 219     case        kUnf  : status="unfolded (fit)"   ;break;
 220     case        kCoG  : status="coged         "   ;break;
 221     case        kLo1  : status="locmax 1 (fit)"   ;break;
 222     case        kMax  : status="exceeded (cog)"   ;break;
 223     case        kNot  : status="not done (cog)"   ;break;
 224     case        kEmp  : status="empty         "   ;break;
 225     case        kEdg  : status="edge     (fit)"   ;break;
 226     case        kSi1  : status="size 1   (cog)"   ;break;
 227     case        kNoLoc: status="no LocMax(fit)"   ;break;
 228     case        kAbn  : status="Abnormal fit  "   ;break;
 229
 230     default:            status="??????"          ;break;
 231   }
 232   Double_t ratio=0;
 233   if(Q()>0&&QRaw()>0) ratio = Q()/QRaw()*100;
 234   Printf("%sCLU: ch=%i                 (%7.3f,%7.3f) Q=%8.3f Qraw=%8.3f(%3.0f%%) Size=%2i DimBox=%i LocMax=%i Chi2=%7.3f   %s",
 235          opt,Ch(),X(),Y(),Q(),QRaw(),ratio,Size(),fBox,fNlocMax,fChi2,status);
 236   if(fDigs) fDigs->Print();
 237 }//Print()
 238 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
 239 Int_t AliHMPIDCluster::Solve(TClonesArray *pCluLst,Bool_t isTryUnfold)
 240 {
 241 //This methode is invoked when the cluster is formed to solve it. Solve the cluster means to try to unfold the cluster
 242 //into the local maxima number of clusters. This methode is invoked by AliHMPIDRconstructor::Dig2Clu() on cluster by cluster basis.
 243 //At this point, cluster contains a list of digits, cluster charge and size is precalculated in AddDigit(), position is preset to (-1,-1) in ctor,
 244 //status is preset to kFormed in AddDigit(), chamber-sector info is preseted to actual values in AddDigit()
 245 //Method first finds number of local maxima and if it's more then one tries to unfold this cluster into local maxima number of clusters
 246 //Arguments: pCluLst     - cluster list pointer where to add new cluster(s)
 247 //           isTryUnfold - flag to switch on/off unfolding
 248 //  Returns: number of local maxima of original cluster
 249   const Int_t kMaxLocMax=6;                                                              //max allowed number of loc max for fitting
 250 //
 251   CoG();                                                                                 //First calculate CoG for the given cluster
 252   Int_t iCluCnt=pCluLst->GetEntriesFast();                                               //get current number of clusters already stored in the list by previous operations
 253   if(isTryUnfold==kFALSE || Size()==1) {                                                 //if cluster contains single pad there is no way to improve the knowledge
 254     fSt = (isTryUnfold)? kSi1: kNot;
 255     SetClusterParams(fX,fY,fCh);
 256     new ((*pCluLst)[iCluCnt++]) AliHMPIDCluster(*this);  //add this raw cluster
 257     return 1;
 258   }
 259
 260 //Phase 0. Initialise Fitter
 261   Double_t arglist[10];
 262   Int_t ierflg = 0;
 263   TVirtualFitter *fitter = TVirtualFitter::Fitter(this,3*6);                            //initialize Fitter
 264
 265   arglist[0] = -1;
 266   ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET PRI", arglist, 1);                               // no printout
 267   ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET NOW", arglist, 0);                               //no warning messages
 268   arglist[0] =  1;
 269   ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET GRA", arglist, 1);                               //force Fitter to use my gradient
 270
 271   fitter->SetFCN(AliHMPIDCluster::FitFunc);
 272
 273 //  arglist[0] = 1;
 274 //  ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET ERR", arglist ,1);
 275
 276 // Set starting values and step sizes for parameters
 277
 278 //Phase 1. Find number of local maxima. Strategy is to check if the current pad has QDC more then all neigbours. Also find the box contaning the cluster
 279   fNlocMax=0;
 280
 281   for(Int_t iDig1=0;iDig1<Size();iDig1++) {                                               //first digits loop
 282
 283     AliHMPIDDigit *pDig1 = Dig(iDig1);                                                   //take next digit
 284     Int_t iCnt = 0;                                                                      //counts how many neighbouring pads has QDC more then current one
 285
 286     for(Int_t iDig2=0;iDig2<Size();iDig2++) {                                            //loop on all digits again
 287
 288       if(iDig1==iDig2) continue;                                                         //the same digit, no need to compare
 289       AliHMPIDDigit *pDig2 = Dig(iDig2);                                                 //take second digit to compare with the first one
 290       Int_t dist = TMath::Sign(Int_t(pDig1->PadChX()-pDig2->PadChX()),1)+TMath::Sign(Int_t(pDig1->PadChY()-pDig2->PadChY()),1);//distance between pads
 291       if(dist==1)                                                                        //means dig2 is a neighbour of dig1
 292          if(pDig2->Q()>=pDig1->Q()) iCnt++;                                              //count number of pads with Q more then Q of current pad
 293
 294     }//second digits loop
 295
 296     if(iCnt==0&&fNlocMax<kMaxLocMax){                                                    //this pad has Q more then any neighbour so it's local maximum
 297
 298       Double_t xStart=pDig1->LorsX();Double_t yStart=pDig1->LorsY();
 299       Double_t xMin=xStart-AliHMPIDParam::SizePadX();
 300       Double_t xMax=xStart+AliHMPIDParam::SizePadX();
 301       Double_t yMin=yStart-AliHMPIDParam::SizePadY();
 302       Double_t yMax=yStart+AliHMPIDParam::SizePadY();
 303
 304       ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax  ,Form("x%i",fNlocMax),xStart,0.1,xMin,xMax);    // X,Y,Q initial values of the loc max pad
 305       ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+1,Form("y%i",fNlocMax),yStart,0.1,yMin,yMax);    // X, Y constrained to be near the loc max
 306       ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+2,Form("q%i",fNlocMax),pDig1->Q(),0.1,0,10000);  // Q constrained to be positive
 307
 308       fNlocMax++;
 309
 310     }//if this pad is local maximum
 311   }//first digits loop
 312
 313 //Phase 2. Fit loc max number of Mathiesons or add this current cluster to the list
 314 // case 1 -> no loc max found
 315  if ( fNlocMax == 0) {                                                                       // case of no local maxima found: pads with same charge...
 316
 317    ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax  ,Form("x%i",fNlocMax),fX,0.1,0,0);              // Init values taken from CoG() -> fX,fY,fQRaw
 318    ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+1,Form("y%i",fNlocMax),fY,0.1,0,0);              //
 319    ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+2,Form("q%i",fNlocMax),fQRaw,0.1,0,10000);       //
 320
 321    fNlocMax = 1;
 322    fSt=kNoLoc;
 323  }
 324
 325 // case 2 -> loc max found. Check # of loc maxima
 326  if ( fNlocMax >= kMaxLocMax)  {
 327    SetClusterParams(fX,fY,fCh);                                                           // if # of local maxima exceeds kMaxLocMax...
 328    fSt = kMax;   new ((*pCluLst)[iCluCnt++]) AliHMPIDCluster(*this);                      //...add this raw cluster
 329    } else {                                                                               //or resonable number of local maxima to fit and user requested it
 330   // Now ready for minimization step
 331    arglist[0] = 500;                                                                      //number of steps and sigma on pads charges
 332    arglist[1] = 1.;                                                                       //
 333
 334    ierflg = fitter->ExecuteCommand("SIMPLEX",arglist,2);                                  //start fitting with Simplex
 335    if (!ierflg)
 336      fitter->ExecuteCommand("MIGRAD" ,arglist,2);                                         //fitting improved by Migrad
 337    if(ierflg) {
 338      Double_t strategy=2;
 339      ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET STR",&strategy,1);                              //change level of strategy
 340      if(!ierflg) {
 341        ierflg = fitter->ExecuteCommand("SIMPLEX",arglist,2);                              //start fitting with Simplex
 342        if (!ierflg)
 343          fitter->ExecuteCommand("MIGRAD" ,arglist,2);                                     //fitting improved by Migrad
 344      }
 345    }
 346    if(ierflg) fSt=kAbn;                                                                   //no convergence of the fit...
 347    Double_t dummy; char sName[80];                                                        //vars to get results from Minuit
 348    Double_t edm, errdef;
 349    Int_t nvpar, nparx;
 350
 351    for(Int_t i=0;i<fNlocMax;i++){                                                        //store the local maxima parameters
 352      fitter->GetParameter(3*i   ,sName,  fX, fErrX , dummy, dummy);                      // X
 353      fitter->GetParameter(3*i+1 ,sName,  fY, fErrY , dummy, dummy);                      // Y
 354      fitter->GetParameter(3*i+2 ,sName,  fQ, fErrQ , dummy, dummy);                      // Q
 355      fitter->GetStats(fChi2, edm, errdef, nvpar, nparx);                                 //get fit infos
 356       if(fSt!=kAbn) {
 357         if(fNlocMax!=1)fSt=kUnf;                                                         // if unfolded
 358         if(fNlocMax==1&&fSt!=kNoLoc) fSt=kLo1;                                           // if only 1 loc max
 359         if ( !IsInPc()) fSt = kEdg;                                                      // if Out of Pc
 360         if(fSt==kNoLoc) fNlocMax=0;                                                      // if with no loc max (pads with same charge..)
 361       }
 362       SetClusterParams(fX,fY,fCh);                                                      //need to fill the AliCluster3D part
 363       new ((*pCluLst)[iCluCnt++]) AliHMPIDCluster(*this);                                //add new unfolded cluster
 364
 365    }
 366  }
 367
 368  return fNlocMax;
 369
 370 }//Solve()
 371 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++