TVirtualFitter in Cluster finding + derivatives analitically calculated. More robust...
[u/mrichter/AliRoot.git] / 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
23 #include "AliHMPIDCluster.h"  //class header
24
25 Bool_t AliHMPIDCluster::fgDoCorrSin=kTRUE;
26
27 ClassImp(AliHMPIDCluster)
28     
29 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
30 void AliHMPIDCluster::CoG()
31 {
32 // Calculates naive cluster position as a center of gravity of its digits.
33 // Arguments: none 
34 //   Returns: none
35   Int_t minPadX=999,minPadY=999,maxPadX=-1,maxPadY=-1;      //for box finding  
36   if(fDigs==0) return;                                      //no digits in this cluster
37   fX=fY=fQRaw=0;                                            //init summable parameters
38   Int_t maxQpad=-1,maxQ=-1;                                 //to calculate the pad with the highest charge
39   AliHMPIDDigit *pDig;
40   for(Int_t iDig=0;iDig<fDigs->GetEntriesFast();iDig++){    //digits loop
41     pDig=(AliHMPIDDigit*)fDigs->At(iDig);                   //get pointer to next digit
42
43     if(pDig->PadPcX() > maxPadX) maxPadX = pDig->PadPcX();  // find the minimum box that contain the cluster  MaxX                            
44     if(pDig->PadPcY() > maxPadY) maxPadY = pDig->PadPcY();  //                                                MaxY
45     if(pDig->PadPcX() < minPadX) minPadX = pDig->PadPcX();  //                                                MinX   
46     if(pDig->PadPcY() < minPadY) minPadY = pDig->PadPcY();  //                                                MinY   
47     
48     Float_t q=pDig->Q();                                    //get QDC 
49     fX += pDig->LorsX()*q;fY +=pDig->LorsY()*q;             //add digit center weighted by QDC
50     fQRaw+=q;                                               //increment total charge 
51     if(q>maxQ) {maxQpad = pDig->Pad();maxQ=(Int_t)q;}       // to find pad with highest charge
52   }//digits loop
53   
54   fBox=(maxPadX-minPadX+1)*100+maxPadY-minPadY+1;           // dimension of the box: format Xdim*100+Ydim
55   
56   if ( fQRaw != 0 )   fX/=fQRaw;fY/=fQRaw;                  //final center of gravity
57    
58   if(fDigs->GetEntriesFast()>1&&fgDoCorrSin)CorrSin();       //correct it by sinoid   
59   
60   fQ  = fQRaw;                                              // Before starting fit procedure, Q and QRaw must be equal
61   fCh=pDig->Ch();                                           //initialize chamber number
62   fMaxQpad = maxQpad; fMaxQ=maxQ;                           //store max charge pad to the field
63   fChi2=0;                                                  // no Chi2 to find
64   fNlocMax=0;                                               // proper status from this method
65   fSt=kCoG;
66 }//CoG()
67 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
68 void AliHMPIDCluster::CorrSin() 
69 {
70 // Correction of cluster x position due to sinoid, see HMPID TDR  page 30
71 // Arguments: none
72 //   Returns: none
73   Int_t pc,px,py;
74   AliHMPIDParam::Lors2Pad(fX,fY,pc,px,py);             //tmp digit to get it center
75   Float_t x=fX-AliHMPIDParam::LorsX(pc,px);                    //diff between cluster x and center of the pad contaning this cluster   
76   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;
77 }
78 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
79 void AliHMPIDCluster::Draw(Option_t*)
80 {
81   TMarker *pMark=new TMarker(X(),Y(),5); pMark->SetUniqueID(fSt);pMark->SetMarkerColor(kBlue); pMark->Draw();
82 }
83 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
84 void AliHMPIDCluster::FitFunc(Int_t &iNpars, Double_t* deriv, Double_t &chi2, Double_t *par, Int_t /* */)
85 {
86 // Cluster fit function 
87 // par[0]=x par[1]=y par[2]=q for the first Mathieson shape
88 // par[3]=x par[4]=y par[5]=q for the second Mathieson shape and so on up to iNpars/3 Mathieson shapes
89 // For each pad of the cluster calculates the difference between actual pad charge and the charge induced to this pad by all Mathieson distributions
90 // Then the chi2 is calculated as the sum of this value squared for all pad in the cluster.  
91 // Arguments: iNpars - number of parameters which is number of local maxima of cluster * 3
92 //            chi2   - function result to be minimised 
93 //            par   - parameters array of size iNpars            
94 //   Returns: none  
95   
96   AliHMPIDCluster *pClu=(AliHMPIDCluster*)TVirtualFitter::GetFitter()->GetObjectFit();
97
98   Int_t nPads = pClu->Size();  
99   Double_t **derivPart;
100   
101   derivPart = new Double_t*[iNpars];
102   chi2 = 0;
103   
104   Int_t iNshape = iNpars/3;
105   
106   for(Int_t j=0;j<iNpars;j++){                                                      
107     deriv[j] = 0;
108     derivPart[j] = new Double_t[nPads];
109     for(Int_t i=0;i<nPads;i++){                                                          
110       derivPart[j][i] = 0;
111     }
112   }
113   
114   if(iNshape>6) {Printf("HMPID Error!!: n. of clusters in FitFunc %i",iNshape);return;}
115   for(Int_t i=0;i<nPads;i++){                                                          //loop on all pads of the cluster
116     Double_t dQpadMath = 0;
117     for(Int_t j=0;j<iNshape;j++){                                                      //Mathiesons loop as all of them may contribute to this pad
118       Double_t fracMathi = pClu->Dig(i)->IntMathieson(par[3*j],par[3*j+1]);
119       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
120       
121       derivPart[3*j  ][i] += par[3*j+2]*(pClu->Dig(i)->Mathieson(par[3*j]-pClu->Dig(i)->LorsX()-0.5*AliHMPIDParam::SizePadX())-
122                                          pClu->Dig(i)->Mathieson(par[3*j]-pClu->Dig(i)->LorsX()+0.5*AliHMPIDParam::SizePadX()))*
123                                          pClu->Dig(i)->IntPartMathi(par[3*j+1],2);
124       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())-
125                                          pClu->Dig(i)->Mathieson(par[3*j+1]-pClu->Dig(i)->LorsY()+0.5*AliHMPIDParam::SizePadY()))*
126                                          pClu->Dig(i)->IntPartMathi(par[3*j],1);
127       derivPart[3*j+2][i] += fracMathi;
128     }
129     if(dQpadMath>0 && pClu->Dig(i)->Q()>0) {
130       chi2 +=TMath::Power((pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath),2)/pClu->Dig(i)->Q();          //chi2 function to be minimized
131     }
132   }
133                                                                                        //loop on all pads of the cluster     
134   for(Int_t i=0;i<nPads;i++){                                                          //loop on all pads of the cluster
135     Double_t dQpadMath = 0;                                                            //pad charge collector  
136     for(Int_t j=0;j<iNshape;j++){                                                      //Mathiesons loop as all of them may contribute to this pad
137       Double_t fracMathi = pClu->Dig(i)->IntMathieson(par[3*j],par[3*j+1]);
138       dQpadMath+=par[3*j+2]*fracMathi;                                                 
139       if(dQpadMath>0 && pClu->Dig(i)->Q()>0) {
140         deriv[3*j]   += 2/pClu->Dig(i)->Q()*(pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath)*derivPart[3*j  ][i];
141         deriv[3*j+1] += 2/pClu->Dig(i)->Q()*(pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath)*derivPart[3*j+1][i];
142         deriv[3*j+2] += 2/pClu->Dig(i)->Q()*(pClu->Dig(i)->Q()-dQpadMath)*derivPart[3*j+2][i];
143       }
144     }
145   }
146   //delete array...
147   for(Int_t i=0;i<iNpars;i++) delete derivPart[i]; delete derivPart;
148   
149 }//FitFunction()
150 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
151 void AliHMPIDCluster::Print(Option_t* opt)const
152 {
153 //Print current cluster  
154   const char *status=0;
155   switch(fSt){
156     case        kFrm  : status="formed        "   ;break;
157     case        kUnf  : status="unfolded (fit)"   ;break;
158     case        kCoG  : status="coged         "   ;break;
159     case        kLo1  : status="locmax 1 (fit)"   ;break;
160     case        kMax  : status="exceeded (cog)"   ;break;
161     case        kNot  : status="not done (cog)"   ;break;
162     case        kEmp  : status="empty         "   ;break;
163     case        kEdg  : status="edge     (fit)"   ;break;
164     case        kSi1  : status="size 1   (cog)"   ;break;
165     case        kNoLoc: status="no LocMax(fit)"   ;break;
166     case        kAbn  : status="Abnormal fit  "   ;break;
167     
168     default:            status="??????"          ;break;   
169   }
170   Double_t ratio=0;
171   if(Q()>0&&QRaw()>0) ratio = Q()/QRaw()*100;
172   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",
173          opt,Ch(),X(),Y(),Q(),QRaw(),ratio,Size(),fBox,fNlocMax,fChi2,status);
174   if(fDigs) fDigs->Print();    
175 }//Print()
176 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
177 Int_t AliHMPIDCluster::Solve(TClonesArray *pCluLst,Bool_t isTryUnfold)
178 {
179 //This methode is invoked when the cluster is formed to solve it. Solve the cluster means to try to unfold the cluster
180 //into the local maxima number of clusters. This methode is invoked by AliHMPIDRconstructor::Dig2Clu() on cluster by cluster basis.  
181 //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,
182 //status is preset to kFormed in AddDigit(), chamber-sector info is preseted to actual values in AddDigit()
183 //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
184 //Arguments: pCluLst     - cluster list pointer where to add new cluster(s)
185 //           isTryUnfold - flag to switch on/off unfolding   
186 //  Returns: number of local maxima of original cluster
187   const Int_t kMaxLocMax=6;                                                              //max allowed number of loc max for fitting
188 //  
189   CoG();                                                                                 //First calculate CoG for the given cluster
190   Int_t iCluCnt=pCluLst->GetEntriesFast();                                               //get current number of clusters already stored in the list by previous operations
191   if(isTryUnfold==kFALSE || Size()==1) {                                                 //if cluster contains single pad there is no way to improve the knowledge 
192     (isTryUnfold)?fSt=kSi1:fSt=kNot;
193     new ((*pCluLst)[iCluCnt++]) AliHMPIDCluster(*this);  //add this raw cluster 
194     return 1;
195   } 
196   
197 //Phase 0. Initialise Fitter  
198   Double_t arglist[10];
199   Int_t ierflg = 0;
200   TVirtualFitter *fitter = TVirtualFitter::Fitter(this,3*6);                            //initialize Fitter
201
202   arglist[0] = -1;
203   ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET PRI", arglist, 1);                               // no printout
204   ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET NOW", arglist, 0);                               //no warning messages
205   arglist[0] =  1;
206   ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET GRA", arglist, 1);                               //force Fitter to use my gradient
207
208   fitter->SetFCN(AliHMPIDCluster::FitFunc);
209
210 //  arglist[0] = 1;
211 //  ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET ERR", arglist ,1);
212   
213 // Set starting values and step sizes for parameters
214     
215 //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   
216   fNlocMax=0;
217
218   for(Int_t iDig1=0;iDig1<Size();iDig1++) {                                               //first digits loop
219     
220     AliHMPIDDigit *pDig1 = Dig(iDig1);                                                   //take next digit    
221     Int_t iCnt = 0;                                                                      //counts how many neighbouring pads has QDC more then current one
222     
223     for(Int_t iDig2=0;iDig2<Size();iDig2++) {                                            //loop on all digits again
224       
225       if(iDig1==iDig2) continue;                                                         //the same digit, no need to compare 
226       AliHMPIDDigit *pDig2 = Dig(iDig2);                                                 //take second digit to compare with the first one
227       Int_t dist = TMath::Sign(Int_t(pDig1->PadChX()-pDig2->PadChX()),1)+TMath::Sign(Int_t(pDig1->PadChY()-pDig2->PadChY()),1);//distance between pads
228       if(dist==1)                                                                        //means dig2 is a neighbour of dig1
229          if(pDig2->Q()>=pDig1->Q()) iCnt++;                                              //count number of pads with Q more then Q of current pad
230       
231     }//second digits loop
232     
233     if(iCnt==0&&fNlocMax<kMaxLocMax){                                                    //this pad has Q more then any neighbour so it's local maximum
234       
235       Double_t xStart=pDig1->LorsX();Double_t yStart=pDig1->LorsY();
236       Double_t xMin=xStart-AliHMPIDParam::SizePadX();
237       Double_t xMax=xStart+AliHMPIDParam::SizePadX();
238       Double_t yMin=yStart-AliHMPIDParam::SizePadY();
239       Double_t yMax=yStart+AliHMPIDParam::SizePadY();
240       
241       ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax  ,Form("x%i",fNlocMax),xStart,0.1,xMin,xMax);    // X,Y,Q initial values of the loc max pad
242       ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+1,Form("y%i",fNlocMax),yStart,0.1,yMin,yMax);    // X, Y constrained to be near the loc max
243       ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+2,Form("q%i",fNlocMax),pDig1->Q(),0.1,0,100000); // Q constrained to be positive
244       
245       fNlocMax++;
246       
247     }//if this pad is local maximum
248   }//first digits loop
249   
250 //Phase 2. Fit loc max number of Mathiesons or add this current cluster to the list
251 // case 1 -> no loc max found
252  if ( fNlocMax == 0) {                                                                       // case of no local maxima found: pads with same charge...
253    
254    ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax  ,Form("x%i",fNlocMax),fX,0.1,0,0);              // Init values taken from CoG() -> fX,fY,fQRaw
255    ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+1,Form("y%i",fNlocMax),fY,0.1,0,0);              //
256    ierflg = fitter->SetParameter(3*fNlocMax+2,Form("q%i",fNlocMax),fQRaw,0.1,0,100000);      //
257    
258    fNlocMax = 1;
259    fSt=kNoLoc;
260  }
261
262 // case 2 -> loc max found. Check # of loc maxima 
263  if ( fNlocMax >= kMaxLocMax)  {                                                          // if # of local maxima exceeds kMaxLocMax...
264    fSt = kMax;   new ((*pCluLst)[iCluCnt++]) AliHMPIDCluster(*this);                      //...add this raw cluster  
265    } else {                                                                               //or resonable number of local maxima to fit and user requested it
266   // Now ready for minimization step
267    arglist[0] = 500;                                                                      //number of steps and sigma on pads charges
268    arglist[1] = 1.;                                                                       //
269
270    ierflg = fitter->ExecuteCommand("SIMPLEX",arglist,2);                                  //start fitting with Simplex
271    if (!ierflg)
272      fitter->ExecuteCommand("MIGRAD" ,arglist,2);                                         //fitting improved by Migrad
273    if(ierflg) {
274      Double_t strategy=2;
275      ierflg = fitter->ExecuteCommand("SET STR",&strategy,1);                              //change level of strategy 
276      if(!ierflg) {
277        ierflg = fitter->ExecuteCommand("SIMPLEX",arglist,2);                              //start fitting with Simplex
278        if (!ierflg)
279          fitter->ExecuteCommand("MIGRAD" ,arglist,2);                                     //fitting improved by Migrad
280      }
281    }        
282    if(ierflg) fSt=kAbn;                                                                   //no convergence of the fit...
283    Double_t dummy; char sName[80];                                                        //vars to get results from Minuit
284    Double_t edm, errdef;
285    Int_t nvpar, nparx;
286   
287    for(Int_t i=0;i<fNlocMax;i++){                                                        //store the local maxima parameters
288      fitter->GetParameter(3*i   ,sName,  fX, fErrX , dummy, dummy);                      // X
289      fitter->GetParameter(3*i+1 ,sName,  fY, fErrY , dummy, dummy);                      // Y
290      fitter->GetParameter(3*i+2 ,sName,  fQ, fErrQ , dummy, dummy);                      // Q
291      fitter->GetStats(fChi2, edm, errdef, nvpar, nparx);                                 //get fit infos
292       if(fSt!=kAbn) {         
293         if(fNlocMax!=1)fSt=kUnf;                                                         // if unfolded
294         if(fNlocMax==1&&fSt!=kNoLoc) fSt=kLo1;                                           // if only 1 loc max
295         if ( !IsInPc()) fSt = kEdg;                                                      // if Out of Pc
296         if(fSt==kNoLoc) fNlocMax=0;                                                      // if with no loc max (pads with same charge..)
297       }
298       new ((*pCluLst)[iCluCnt++]) AliHMPIDCluster(*this);                                //add new unfolded cluster
299    }
300  }
301
302  return fNlocMax;
303  
304 }//Solve()
305 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++