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  *                                                                        *
   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   *
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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 1.10  2007/03/09 14:34:11  gustavo
  21  * Correct probability calculation, added missing initialization of data members
  22  *
  23  * Revision 1.9  2007/02/20 20:17:43  hristov
  24  * Corrected array size, removed warnings (icc)
  25  *
  26  * Revision 1.8  2006/12/19 08:49:35  gustavo
  27  * New PID class for EMCAL, bayesian analysis done with ESD data, PID information filled when calling AliEMCALPID in AliEMCALReconstructor::FillESD()
  28  *
  29  *
  30  */
  31 //    to compute PID for all the clusters in ESDs.root file
  32 //     the ESDs.root have to be in the same directory as the class
  33 //
  34 //
  35 //
  36 //
  37 //
  38 //      AliEMCALPID::CalculPID(Energy,Lambda0)
  39 //        Calcul PID for all clusters in AliESDs.root file
  40 //        keep this function for the moment for a simple verification, could be removed
  41 //
  42 //
  43 //
  44 //   AliEMCALPID::CalculPID(Energy,Lambda0)
  45 //    calcul PID Weght for a cluster with Energy, Lambda0 .
  46 //    Double_t PIDFinal[AliPID::kSPECIESN]  is the standard PID for :
  47 //
  48 //
  49 //
  50 //      kElectron :  fPIDFinal[0]
  51 //      kMuon     :  fPIDFinal[1]
  52 //      kPion     :  fPIDFinal[2]
  53 //      kKaon     :  fPIDFinal[3]
  54 //      kProton   :  fPIDFinal[4]
  55 //      kPhoton   :  fPIDFinal[5]
  56 //      kPi0      :  fPIDFinal[6]
  57 //      kNeutron  :  fPIDFinal[7]
  58 //      kKaon0    :  fPIDFinal[8]
  59 //      kEleCon   :  fPIDFinal[9]
  60 //      kUnknown  :  fPIDFinal[10]
  61 //
  62 //
  63 //    PID[3] is a simple PID for
  64 //      Electron & Photon  PID[0]
  65 //                    Pi0  PID[1]
  66 //                 Hadron  PID[2]
  67 //
  68 //
  69 //
  70 //
  71 //
  72 // --- ROOT system ---
  73
  74 // standard C++ includes
  75 #include <Riostream.h>
  76 // #include <cstdlib>
  77 // #include <cmath>
  78
  79 // ROOT includes
  80 #include "TTree.h"
  81 #include "TStyle.h"
  82 #include "TVector3.h"
  83 #include "TBranch.h"
  84 #include "TClonesArray.h"
  85 #include "TCanvas.h"
  86 #include "TLorentzVector.h"
  87 #include "TMath.h"
  88 #include "TFile.h"
  89 #include "TH1.h"
  90 #include "TH2.h"
  91 #include "TParticle.h"
  92
  93 // // STEER includes
  94 // #include "AliRun.h"
  95 // #include "AliRunLoader.h"
  96 // #include "AliHeader.h"
  97 // #include "AliLoader.h"
  98 // #include "AliStack.h"
  99 // #include "AliESDtrack.h"
 100 // #include "AliESD.h"
 101 #include "AliLog.h"
 102 #include "AliEMCALPID.h"
 103
 104 ClassImp(AliEMCALPID)
 105
 106 //______________________________________________
 107   AliEMCALPID::AliEMCALPID():
 108     fPrintInfo(kFALSE), fProbGamma(0.),fProbPiZero(0.),fProbHadron(0.),fReconstructor(kFALSE)
 109 {
 110   //
 111   // Constructor.
 112   // Initialize all constant values which have to be used
 113   // during PID algorithm execution
 114   //
 115
 116   // set flag for printing to FALSE by default
 117   fPrintInfo = kFALSE;
 118
 119   // as a first step, all array elements are initialized to 0.0
 120   Int_t i, j;
 121   for (i = 0; i < 6; i++) {
 122     for (j = 0; j < 6; j++) {
 123       fGamma[i][j] = fHadron[i][j] = fPiZero5to10[i][j] = fPiZero10to60[i][j] = 0.;
 124     }
 125   }
 126
 127   // then, only the ones which must be not zero are initialized
 128   // while the others will remain to the value 0.0
 129
 130   fGamma[0][0] =  0.038022;
 131   fGamma[0][1] = -0.0001883;
 132   fGamma[0][2] =  5.449e-06;
 133
 134   fGamma[1][0] =  0.207313;
 135   fGamma[1][1] = -0.000978;
 136   fGamma[1][2] =  0.00001634;
 137
 138   fGamma[2][0] =  0.043364;
 139   fGamma[2][1] = -0.0002048;
 140   fGamma[2][2] =  8.661e-06;
 141   fGamma[2][3] = -1.353e-07;
 142
 143   fGamma[3][0] =  0.265004;
 144   fGamma[3][1] =  0.061298;
 145   fGamma[3][2] = -0.003203;
 146   fGamma[3][3] =  4.73e-05;
 147
 148   fGamma[4][0] =  0.243579;
 149   fGamma[4][1] = -1.614e-05;
 150
 151   fGamma[5][0] =  0.002942;
 152   fGamma[5][1] = -3.976e-05;
 153
 154   fHadron[0][0] =  0.011945 / 3.;
 155   fHadron[0][1] =  0.000386 / 3.;
 156   fHadron[0][2] = -0.000014 / 3.;
 157   fHadron[0][3] =  1.336e-07 / 3.;
 158
 159   fHadron[1][0] =  0.496544;
 160   fHadron[1][1] = -0.003226;
 161   fHadron[1][2] =  0.00001678;
 162
 163   fHadron[2][0] =  0.144838;
 164   fHadron[2][1] = -0.002954;
 165   fHadron[2][2] =  0.00008754;
 166   fHadron[2][3] = -7.587e-07;
 167
 168   fHadron[3][0] =  1.264461 / 7.;
 169   fHadron[3][1] =  0.002097 / 7.;
 170
 171   fHadron[4][0] =  0.261950;
 172   fHadron[4][1] = -0.001078;
 173   fHadron[4][2] =  0.00003237;
 174   fHadron[4][3] = -3.241e-07;
 175   fHadron[4][4] =  0.;
 176   fHadron[4][5] =  0.;
 177   fHadron[5][0] =  0.010317;
 178   fHadron[5][1] =  0.;
 179   fHadron[5][2] =  0.;
 180   fHadron[5][3] =  0.;
 181   fHadron[5][4] =  0.;
 182   fHadron[5][5] =  0.;
 183
 184   fPiZero5to10[0][0] = 0.009138;
 185   fPiZero5to10[0][1] = 0.0006377;
 186
 187   fPiZero5to10[1][0] = 0.08;
 188
 189   fPiZero5to10[2][0] = -0.061119;
 190   fPiZero5to10[2][1] =  0.019013;
 191
 192   fPiZero5to10[3][0] =  0.2;
 193
 194   fPiZero5to10[4][0] =  0.252044;
 195   fPiZero5to10[4][1] = -0.002315;
 196
 197   fPiZero5to10[5][0] =  0.002942;
 198   fPiZero5to10[5][1] = -3.976e-05;
 199
 200   fPiZero10to60[0][0] =  0.009138;
 201   fPiZero10to60[0][1] =  0.0006377;
 202
 203   fPiZero10to60[1][0] =  1.272837;
 204   fPiZero10to60[1][1] = -0.069708;
 205   fPiZero10to60[1][2] =  0.001568;
 206   fPiZero10to60[1][3] = -1.162e-05;
 207
 208   fPiZero10to60[2][0] =  0.139703;
 209   fPiZero10to60[2][1] =  0.003687;
 210   fPiZero10to60[2][2] = -0.000568;
 211   fPiZero10to60[2][3] =  1.498e-05;
 212   fPiZero10to60[2][4] = -1.174e-07;
 213
 214   fPiZero10to60[3][0] = -0.826367;
 215   fPiZero10to60[3][1] =  0.096951;
 216   fPiZero10to60[3][2] = -0.002215;
 217   fPiZero10to60[3][3] =  2.523e-05;
 218
 219   fPiZero10to60[4][0] =  0.249890;
 220   fPiZero10to60[4][1] = -0.000063;
 221
 222   fPiZero10to60[5][0] =  0.002942;
 223   fPiZero10to60[5][1] = -3.976e-05;
 224
 225   fPIDWeight[0] = -1;
 226   fPIDWeight[1] = -1;
 227   fPIDWeight[2] = -1;
 228   fReconstructor = kFALSE;
 229 }
 230
 231 //______________________________________________
 232 void AliEMCALPID::RunPID(AliESD *esd)
 233 {
 234 //
 235 // Make the PID for all the EMCAL clusters containedin the ESDs File
 236 // but just gamma/PiO/Hadron
 237 //
 238         // trivial check against NULL object passed
 239
 240   if (esd == 0x0) {
 241     AliInfo("NULL ESD object passed !!" );
 242     return ;
 243   }
 244
 245   Int_t nClusters = esd->GetNumberOfEMCALClusters();
 246   Int_t firstCluster = esd->GetFirstEMCALCluster();
 247   Double_t energy, lambda0;
 248   for (Int_t iCluster = firstCluster; iCluster < (nClusters + firstCluster); iCluster++) {
 249
 250     AliESDCaloCluster *clust = esd->GetCaloCluster(iCluster);
 251     energy = clust->GetClusterEnergy();
 252     lambda0 = clust->GetM02();
 253     // verify cluster type
 254     Int_t clusterType= clust->GetClusterType();
 255     if (clusterType == AliESDCaloCluster::kClusterv1 && lambda0 != 0  && energy < 1000) {
 256
 257
 258       // reject clusters with lambda0 = 0
 259
 260
 261       ComputePID(energy, lambda0);
 262
 263
 264       if (fPrintInfo) {
 265         AliInfo("___________________________________________________");
 266         AliInfo(Form( "Particle Energy = %f",energy));
 267         AliInfo(Form( "Particle Lambda0 of the particle = %f", lambda0) );
 268         AliInfo("PIDWeight of the particle :" );
 269         AliInfo(Form( " GAMMA  : %f",fPID[0] ));
 270         AliInfo(Form( " PiZero : %f",fPID[1] ));
 271         AliInfo(Form( " HADRON : %f", fPID[2] ));
 272         AliInfo("_________________________________________");
 273         AliInfo(Form( " kElectron : %f", fPIDFinal[0]) );
 274         AliInfo(Form( " kMuon     : %f", fPIDFinal[1] ));
 275         AliInfo(Form( " kPion       : %f", fPIDFinal[2] ));
 276         AliInfo(Form( " kKaon       : %f", fPIDFinal[3] ));
 277         AliInfo(Form( " kProton   : %f", fPIDFinal[4] ));
 278         AliInfo(Form( " kPhoton   : %f", fPIDFinal[5] ));
 279         AliInfo(Form( " kPi0        : %f", fPIDFinal[6] ));
 280         AliInfo(Form( " kNeutron  : %f", fPIDFinal[7] ));
 281         AliInfo(Form( " kKaon0  : %f", fPIDFinal[8] ));
 282         AliInfo(Form( " kEleCon   : %f", fPIDFinal[9] ));
 283         AliInfo(Form( " kUnknown  : %f", fPIDFinal[10] ));
 284         AliInfo("___________________________________________________");
 285       }
 286
 287       if(fReconstructor) // In case it is called during reconstruction.
 288         clust->SetPid(fPIDFinal);
 289     } // end if (clusterType...)
 290   } // end for (iCluster...)
 291 }
 292
 293 //__________________________________________________________
 294 void AliEMCALPID::ComputePID(Double_t energy, Double_t lambda0)
 295 {
 296 //
 297 // This is the main command, which uses the distributions computed and parametrised,
 298 // and gives the PID by the bayesian method.
 299 //
 300
 301 if (energy<5){energy =6;}
 302
 303
 304   TArrayD paramDistribGamma  = DistLambda0(energy, 1);
 305   TArrayD paramDistribPiZero = DistLambda0(energy, 2);
 306   TArrayD paramDistribHadron = DistLambda0(energy, 3);
 307
 308   Bool_t norm = kFALSE;
 309
 310   fProbGamma   = TMath::Gaus(lambda0, paramDistribGamma[1], paramDistribGamma[2], norm) * paramDistribGamma[0];
 311   fProbGamma  += TMath::Landau(lambda0, paramDistribGamma[4], paramDistribGamma[5], norm) * paramDistribGamma[3];
 312   fProbPiZero  = TMath::Gaus(lambda0, paramDistribPiZero[1], paramDistribPiZero[2], norm) * paramDistribPiZero[0];
 313   fProbPiZero += TMath::Landau(lambda0, paramDistribPiZero[4], paramDistribPiZero[5], norm) * paramDistribPiZero[3];
 314   fProbHadron  = TMath::Gaus(lambda0, paramDistribHadron[1], paramDistribHadron[2], norm) * paramDistribHadron[0];
 315   fProbHadron += TMath::Landau(lambda0, paramDistribHadron[4], paramDistribHadron[5], norm) * paramDistribHadron[3];
 316
 317   // compute PID Weight
 318   fPIDWeight[0] = fProbGamma / (fProbGamma + fProbPiZero + fProbHadron);
 319   fPIDWeight[1] = fProbPiZero / (fProbGamma+fProbPiZero+fProbHadron);
 320   fPIDWeight[2] = fProbHadron / (fProbGamma+fProbPiZero+fProbHadron);
 321
 322   SetPID(fPIDWeight[0], 0);
 323   SetPID(fPIDWeight[1], 1);
 324   SetPID(fPIDWeight[2], 2);
 325
 326   // sortie ecran pid Weight only for control (= in english ???)
 327   if (fPrintInfo) {
 328     AliInfo(Form( "Energy in loop = %f", energy) );
 329     AliInfo(Form( "Lambda0 in loop = %f", lambda0) );
 330     AliInfo(Form( "fProbGamma in loop = %f", fProbGamma) );
 331     //  AliInfo(Form( "fParametresDistribGamma[2] = %f", fParamDistribGamma[2]) );
 332     AliInfo(Form( "fProbaPiZero = %f", fProbPiZero ));
 333     AliInfo(Form( "fProbaHadron = %f", fProbHadron) );
 334     AliInfo(Form( "PIDWeight in loop = %f ||| %f ||| %f",  fPIDWeight[0] , fPIDWeight[1], fPIDWeight[2]) );
 335     AliInfo(Form( "fGamma[2][2] = %f", fGamma[2][2] ));
 336     AliInfo("********************************************************" );
 337   }
 338
 339   fPIDFinal[0]  = fPIDWeight[0]/2;
 340   fPIDFinal[1]  = fPIDWeight[2]/8;
 341   fPIDFinal[2]  = fPIDWeight[2]/8;
 342   fPIDFinal[3]  = fPIDWeight[2]/8;
 343   fPIDFinal[4]  = fPIDWeight[2]/8;
 344   fPIDFinal[5]  = fPIDWeight[0]/2;
 345   fPIDFinal[6]  = fPIDWeight[1]  ;
 346   fPIDFinal[7]  = fPIDWeight[2]/8;
 347   fPIDFinal[8]  = fPIDWeight[2]/8;
 348   fPIDFinal[9]  = fPIDWeight[2]/8;
 349   fPIDFinal[10] = fPIDWeight[2]/8;
 350 }
 351
 352 //________________________________________________________
 353 TArrayD AliEMCALPID::DistLambda0(Double_t energy, Int_t type)
 354 {
 355   //
 356   // Compute the values of the parametrised distributions using the data initialised before.
 357   //
 358   Double_t constGauss = 0., meanGauss = 0., sigmaGauss = 0.;
 359   Double_t constLandau=0., mpvLandau=0., sigmaLandau=0.;
 360   TArrayD  distributionParam(6);
 361
 362   switch (type) {
 363   case 1:
 364     constGauss  = Polynomial(energy, fGamma[0]);
 365     meanGauss   = Polynomial(energy, fGamma[1]);
 366     sigmaGauss  = Polynomial(energy, fGamma[2]);
 367     constLandau = Polynomial(energy, fGamma[3]);
 368     mpvLandau   = Polynomial(energy, fGamma[4]);
 369     sigmaLandau = Polynomial(energy, fGamma[5]);
 370     break;
 371   case 2:
 372     if (energy < 10) {
 373       constGauss  = Polynomial(energy, fPiZero5to10[0]);
 374       meanGauss   = Polynomial(energy, fPiZero5to10[1]);
 375       sigmaGauss  = Polynomial(energy, fPiZero5to10[2]);
 376       constLandau = Polynomial(energy, fPiZero5to10[3]);
 377       mpvLandau   = Polynomial(energy, fPiZero5to10[4]);
 378       sigmaLandau = Polynomial(energy, fPiZero5to10[5]);
 379     }
 380     else {
 381       constGauss  = Polynomial(energy, fPiZero10to60[0]);
 382       meanGauss   = Polynomial(energy, fPiZero10to60[1]);
 383       sigmaGauss  = Polynomial(energy, fPiZero10to60[2]);
 384       constLandau = Polynomial(energy, fPiZero10to60[3]);
 385       mpvLandau   = Polynomial(energy, fPiZero10to60[4]);
 386       sigmaLandau = Polynomial(energy, fPiZero10to60[5]);
 387     }
 388     break;
 389   case 3:
 390     constGauss  = Polynomial(energy, fHadron[0]);
 391     meanGauss   = Polynomial(energy, fHadron[1]);
 392     sigmaGauss  = Polynomial(energy, fHadron[2]);
 393     constLandau = Polynomial(energy, fHadron[3]);
 394     mpvLandau   = Polynomial(energy, fHadron[4]);
 395     sigmaLandau = Polynomial(energy, fHadron[5]);
 396     break;
 397   }
 398
 399   distributionParam[0] = constGauss;
 400   distributionParam[1] = meanGauss;
 401   distributionParam[2] = sigmaGauss;
 402   distributionParam[3] = constLandau;
 403   distributionParam[4] = mpvLandau;
 404   distributionParam[5] = sigmaLandau;
 405
 406   return distributionParam;
 407 }
 408
 409 //_______________________________________________________
 410 Double_t AliEMCALPID::Polynomial(Double_t x, Double_t *params)
 411 {
 412   //
 413   // Compute a polynomial for a given value of 'x'
 414   // with the array of parameters passed as the second arg
 415   //
 416   Double_t y;
 417   y  = params[0];
 418   y += params[1] * x;
 419   y += params[2] * x * x;
 420   y += params[3] * x * x * x;
 421   y += params[4] * x * x * x * x;
 422   y += params[5] * x * x * x * x * x;
 423
 424   return y;
 425 }