EMCAL/AliEMCALPID.cxx

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