- Reshape the architecture of the Kalman tracking to make it more modular
[u/mrichter/AliRoot.git] / MUON / AliMUONTrackReconstructor.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 /* $Id$ */
17
18 /// \class AliMUONTrackReconstructor
19 /// MUON track reconstructor using the original method
20 ///
21 /// This class contains as data:
22 /// - the parameters for the track reconstruction
23 ///
24 /// It contains as methods, among others:
25 /// - MakeTracks to build the tracks
26 ///
27
28 #include "AliMUONTrackReconstructor.h"
29
30 #include "AliMUONConstants.h"
31 #include "AliMUONHitForRec.h"
32 #include "AliMUONTrack.h"
33 #include "AliMUONTrackParam.h"
34 #include "AliMUONTrackExtrap.h"
35 #include "AliLog.h"
36
37 #include <TMinuit.h>
38 #include <Riostream.h>
39 #include <TMath.h>
40 #include <TMatrixD.h>
41
42 // Functions to be minimized with Minuit
43 void TrackChi2(Int_t &nParam, Double_t *gradient, Double_t &chi2, Double_t *param, Int_t flag);
44
45 /// \cond CLASSIMP
46 ClassImp(AliMUONTrackReconstructor) // Class implementation in ROOT context
47 /// \endcond
48
49 //************* Parameters for reconstruction
50 const Double_t AliMUONTrackReconstructor::fgkBendingVertexDispersion = 10.;
51 const Double_t AliMUONTrackReconstructor::fgkNonBendingVertexDispersion = 10.;
52
53
54 //__________________________________________________________________________
55 AliMUONTrackReconstructor::AliMUONTrackReconstructor()
56   : AliMUONVTrackReconstructor()
57 {
58   /// Constructor for class AliMUONTrackReconstructor
59   AliInfo("*** Original tracking ***");
60 }
61
62 //__________________________________________________________________________
63 AliMUONTrackReconstructor::~AliMUONTrackReconstructor()
64 {
65 /// Destructor
66
67
68   //__________________________________________________________________________
69 void AliMUONTrackReconstructor::MakeTrackCandidates()
70 {
71   /// To make track candidates:
72   /// Start with segments station(1..) 4 or 5 then follow track in station 5 or 4.
73   /// Good candidates are made of at least three hitForRec's.
74   /// Keep only best candidates or all of them according to the flag fgkTrackAllTracks.
75   TClonesArray *segments;
76   AliMUONTrack *track;
77   Int_t iCandidate = 0;
78
79   AliDebug(1,"Enter MakeTrackCandidates");
80
81   // Loop over stations(1..) 5 and 4 and make track candidates
82   for (Int_t istat=4; istat>=3; istat--) {
83     
84     // Make segments in the station
85     segments = MakeSegmentsInStation(istat);
86     
87     // Loop over segments
88     for (Int_t iseg=0; iseg<segments->GetEntriesFast(); iseg++) 
89     {
90       AliDebug(1,Form("Making primary candidate(1..) %d",++iCandidate));
91       
92       // Transform segments to tracks and put them at the end of fRecTracksPtr
93       track = new ((*fRecTracksPtr)[fRecTracksPtr->GetLast()+1]) AliMUONTrack((AliMUONObjectPair*)((*segments)[iseg]));
94       fNRecTracks++;
95       
96       // Printout for debuging
97       if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 2) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 2))
98       {
99         cout<<endl<<"Track parameter covariances at first hit with multiple Coulomb scattering effects:"<<endl;
100         ((AliMUONTrackParam*) track->GetTrackParamAtHit()->First())->GetCovariances().Print();
101       }
102       
103       // Look for compatible hitForRec(s) in the other station
104       if (!FollowTrackInStation(*track,7-istat)) {
105         fRecTracksPtr->Remove(track);
106         fNRecTracks--;
107       }
108       
109     }
110     
111     // delete the array of segments
112     delete segments;
113   }
114   
115   fRecTracksPtr->Compress(); // this is essential before checking tracks
116   
117   // Keep all different tracks or only the best ones as required
118   if (fgkTrackAllTracks) RemoveIdenticalTracks();
119   else RemoveDoubleTracks();
120   
121   AliDebug(1,Form("Number of good candidates = %d",fNRecTracks));
122   
123 }
124
125   //__________________________________________________________________________
126 void AliMUONTrackReconstructor::FollowTracks()
127 {
128   /// Follow tracks in stations(1..) 3, 2 and 1
129   AliDebug(1,"Enter FollowTracks");
130   
131   AliMUONTrack *track, *nextTrack;
132   Int_t currentNRecTracks;
133   Bool_t hitFound;
134   
135   for (Int_t station = 2; station >= 0; station--) {
136     
137     // Save the actual number of reconstructed track in case of
138     // tracks are added or suppressed during the tracking procedure
139     // !! Do not compress fRecTracksPtr until the end of the loop over tracks !!
140     currentNRecTracks = fNRecTracks;
141     
142     for (Int_t iRecTrack = 0; iRecTrack <currentNRecTracks; iRecTrack++) {
143       AliDebug(1,Form("FollowTracks: track candidate(1..) %d", iRecTrack+1));
144       
145       track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->UncheckedAt(iRecTrack);
146       
147       // Fit the track:
148       // Do not take into account the multiple scattering to speed up the fit
149       // Calculate the track parameter covariance matrix
150       // If "station" is station(1..) 3 then use the vertex to better constrain the fit
151       if (station==2) {
152         SetVertexForFit(*track);
153         track->SetFitWithVertex(kTRUE);
154       } else track->SetFitWithVertex(kFALSE);
155       Fit(*track, kFALSE, kTRUE);
156       
157       // Remove the track if the normalized chi2 is too high
158       if (track->GetNormalizedChi2() > fgkSigmaToCutForTracking * fgkSigmaToCutForTracking) {
159         fRecTracksPtr->Remove(track);
160         fNRecTracks--;
161         continue;
162       }
163       
164       // Printout for debuging
165       if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 2) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 2)) {
166         cout<<endl<<"Track parameter covariances at first hit with multiple Coulomb scattering effects:"<<endl;
167         ((AliMUONTrackParam*) track->GetTrackParamAtHit()->First())->GetCovariances().Print();
168       }
169       
170       // Look for compatible hitForRec in station(0..) "station"
171       hitFound = FollowTrackInStation(*track,station);
172       
173       // Try to recover track if required
174       if (!hitFound && fgkRecoverTracks) hitFound = RecoverTrack(*track,station);
175       
176       // remove track if no hit found
177       if (!hitFound) {
178         fRecTracksPtr->Remove(track);
179         fNRecTracks--;
180       }
181       
182     }
183     
184     // Compress fRecTracksPtr for the next step
185     fRecTracksPtr->Compress();
186     
187     // Keep only the best tracks if required
188     if (!fgkTrackAllTracks) RemoveDoubleTracks();
189     
190   }
191   
192   // Last fit of track candidates with all station
193   // Take into account the multiple scattering and remove bad tracks
194   Int_t trackIndex = -1;
195   track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->First();
196   while (track) {
197     
198     trackIndex++;
199     nextTrack = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->After(track); // prepare next track
200     
201     track->SetFitWithVertex(kFALSE); // just to be sure
202     Fit(*track, kTRUE, kTRUE);
203     
204     // Printout for debuging
205     if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 3) {
206       cout << "FollowTracks: track candidate(0..) " << trackIndex << " after final fit" << endl;
207       track->RecursiveDump();
208     } 
209     
210     // Remove the track if the normalized chi2 is too high
211     if (track->GetNormalizedChi2() > fgkSigmaToCutForTracking * fgkSigmaToCutForTracking) {
212       fRecTracksPtr->Remove(track);
213       fNRecTracks--;
214     }
215     
216     track = nextTrack;
217     
218   }
219   
220   fRecTracksPtr->Compress();
221   
222 }
223
224   //__________________________________________________________________________
225 Bool_t AliMUONTrackReconstructor::FollowTrackInStation(AliMUONTrack &trackCandidate, Int_t nextStation)
226 {
227   /// Follow trackCandidate in station(0..) nextStation and search for compatible HitForRec(s)
228   /// Keep all possibilities or only the best one(s) according to the flag fgkTrackAllTracks:
229   /// kTRUE:  duplicate "trackCandidate" if there are several possibilities and add the new tracks at the end of
230   ///         fRecTracksPtr to avoid conficts with other track candidates at this current stage of the tracking procedure.
231   ///         Remove the obsolete "trackCandidate" at the end.
232   /// kFALSE: add only the best hit(s) to the "trackCandidate". Try to add a couple of hits in priority.
233   AliDebug(1,Form("Enter FollowTrackInStation(1..) %d", nextStation+1));
234   
235   // Order the chamber according to the propagation direction (tracking starts with chamber 2):
236   // - nextStation == station(1...) 5 => forward propagation
237   // - nextStation < station(1...) 5 => backward propagation
238   Int_t ch1, ch2;
239   if (nextStation==4) {
240     ch1 = 2*nextStation+1;
241     ch2 = 2*nextStation;
242   } else {
243     ch1 = 2*nextStation;
244     ch2 = 2*nextStation+1;
245   }
246   
247   Double_t zCh2 = AliMUONConstants::DefaultChamberZ(ch2);
248   Double_t chi2WithOneHitForRec = 1.e10;
249   Double_t chi2WithTwoHitForRec = 1.e10;
250   Double_t maxChi2WithOneHitForRec = 2. * fgkSigmaToCutForTracking * fgkSigmaToCutForTracking; // 2 because 2 quantities in chi2
251   Double_t maxChi2WithTwoHitForRec = 4. * fgkSigmaToCutForTracking * fgkSigmaToCutForTracking; // 4 because 4 quantities in chi2
252   Double_t bestChi2WithOneHitForRec = maxChi2WithOneHitForRec;
253   Double_t bestChi2WithTwoHitForRec = maxChi2WithTwoHitForRec;
254   Bool_t foundOneHit = kFALSE;
255   Bool_t foundTwoHits = kFALSE;
256   AliMUONTrack *newTrack = 0x0;
257   AliMUONHitForRec *hitForRecCh1, *hitForRecCh2;
258   AliMUONTrackParam extrapTrackParamAtHit1;
259   AliMUONTrackParam extrapTrackParamAtHit2;
260   AliMUONTrackParam bestTrackParamAtHit1;
261   AliMUONTrackParam bestTrackParamAtHit2;
262   Bool_t *hitForRecCh1Used = new Bool_t[fNHitsForRecPerChamber[ch1]];
263   for (Int_t hit1 = 0; hit1 < fNHitsForRecPerChamber[ch1]; hit1++) hitForRecCh1Used[hit1] = kFALSE;
264   
265   // Get track parameters and extrapolate them to chamber "ch2" to save computing time in the next steps
266   AliMUONTrackParam extrapTrackParamAtCh2(*(AliMUONTrackParam*)trackCandidate.GetTrackParamAtHit()->First());
267   
268   // Add MCS effect
269   AliMUONTrackExtrap::AddMCSEffect(&extrapTrackParamAtCh2,AliMUONConstants::ChamberThicknessInX0(),1.);
270   
271   // Add MCS in the missing chamber if any (only 1 chamber can be missing according to tracking criteria)
272   if (ch1 < ch2 && extrapTrackParamAtCh2.GetHitForRecPtr()->GetChamberNumber() > ch2 + 1) {
273     // extrapolation to the missing chamber
274     AliMUONTrackExtrap::ExtrapToZCov(&extrapTrackParamAtCh2, AliMUONConstants::DefaultChamberZ(ch2 + 1));
275     // add MCS effect
276     AliMUONTrackExtrap::AddMCSEffect(&extrapTrackParamAtCh2,AliMUONConstants::ChamberThicknessInX0(),1.);
277   }
278   
279   //Extrapolate trackCandidate to chamber "ch2"
280   AliMUONTrackExtrap::ExtrapToZCov(&extrapTrackParamAtCh2, zCh2);
281   
282   // Printout for debuging
283   if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 2) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 2)) {
284     cout<<endl<<"Track parameter covariances at first hit extrapolated to z = "<<zCh2<<":"<<endl;
285     extrapTrackParamAtCh2.GetCovariances().Print();
286   }
287   
288   // Printout for debuging
289   if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
290     cout << "FollowTrackInStation: look for hits in chamber(1..): " << ch2+1 << endl;
291   }
292   
293   // look for candidates in chamber 2 
294   for (Int_t hit2 = 0; hit2 < fNHitsForRecPerChamber[ch2]; hit2++) {
295     
296     hitForRecCh2 = (AliMUONHitForRec*) fHitsForRecPtr->UncheckedAt(fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch2]+hit2);
297     
298     // try to add the current hit
299     chi2WithOneHitForRec = TryOneHitForRec(extrapTrackParamAtCh2, hitForRecCh2, extrapTrackParamAtHit2);
300     
301     // if good chi2 then try to attach a hitForRec in the other chamber too
302     if (chi2WithOneHitForRec < maxChi2WithOneHitForRec) {
303       Bool_t foundSecondHit = kFALSE;
304       
305       // Printout for debuging
306       if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
307         cout << "FollowTrackInStation: found one hit in chamber(1..): " << ch2+1
308              << " (Chi2 = " << chi2WithOneHitForRec << ")" << endl;
309         cout << "                      look for second hits in chamber(1..): " << ch1+1 << " ..." << endl;
310       }
311       
312       // add MCS effect for next step
313       AliMUONTrackExtrap::AddMCSEffect(&extrapTrackParamAtHit2,AliMUONConstants::ChamberThicknessInX0(),1.);
314       
315       for (Int_t hit1 = 0; hit1 < fNHitsForRecPerChamber[ch1]; hit1++) {
316         
317         hitForRecCh1 = (AliMUONHitForRec*) fHitsForRecPtr->UncheckedAt(fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch1]+hit1);
318         
319         // try to add the current hit in addition to the one found on the previous chamber
320         chi2WithTwoHitForRec = TryTwoHitForRec(extrapTrackParamAtHit2, hitForRecCh1, extrapTrackParamAtHit1);
321         
322         // if good chi2 then create a new track by adding the 2 hitForRec to the "trackCandidate"
323         if (chi2WithTwoHitForRec < maxChi2WithTwoHitForRec) {
324           foundSecondHit = kTRUE;
325           foundTwoHits = kTRUE;
326           
327           // Printout for debuging
328           if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
329             cout << "FollowTrackInStation: found second hit in chamber(1..): " << ch1+1
330                  << " (Global Chi2 = " << chi2WithTwoHitForRec << ")" << endl;
331           }
332           
333           if (fgkTrackAllTracks) {
334             // copy trackCandidate into a new track put at the end of fRecTracksPtr and add the new hitForRec's
335             newTrack = new ((*fRecTracksPtr)[fRecTracksPtr->GetLast()+1]) AliMUONTrack(trackCandidate);
336             UpdateTrack(*newTrack,extrapTrackParamAtHit1,extrapTrackParamAtHit2);
337             fNRecTracks++;
338             
339             // Tag hitForRecCh1 as used
340             hitForRecCh1Used[hit1] = kTRUE;
341             
342             // Printout for debuging
343             if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
344               cout << "FollowTrackInStation: added two hits in station(1..): " << nextStation+1 << endl;
345               if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 3) newTrack->RecursiveDump();
346             }
347             
348           } else if (chi2WithTwoHitForRec < bestChi2WithTwoHitForRec) {
349             // keep track of the best couple of hits
350             bestChi2WithTwoHitForRec = chi2WithTwoHitForRec;
351             bestTrackParamAtHit1 = extrapTrackParamAtHit1;
352             bestTrackParamAtHit2 = extrapTrackParamAtHit2;
353           }
354           
355         }
356         
357       }
358       
359       // if no hitForRecCh1 found then consider to add hitForRecCh2 only
360       if (!foundSecondHit) {
361         foundOneHit = kTRUE;
362         
363         if (fgkTrackAllTracks) {
364           // copy trackCandidate into a new track put at the end of fRecTracksPtr and add the new hitForRec's
365           newTrack = new ((*fRecTracksPtr)[fRecTracksPtr->GetLast()+1]) AliMUONTrack(trackCandidate);
366           UpdateTrack(*newTrack,extrapTrackParamAtHit2);
367           fNRecTracks++;
368           
369           // Printout for debuging
370           if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
371             cout << "FollowTrackInStation: added one hit in chamber(1..): " << ch2+1 << endl;
372             if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 3) newTrack->RecursiveDump();
373           }
374           
375         } else if (!foundTwoHits && chi2WithOneHitForRec < bestChi2WithOneHitForRec) {
376           // keep track of the best single hitForRec except if a couple
377           // of hits has already been found (i.e. bestHitForRec2!=0x0)
378           bestChi2WithOneHitForRec = chi2WithOneHitForRec;
379           bestTrackParamAtHit1 = extrapTrackParamAtHit2;
380         }
381         
382       }
383       
384     }
385     
386   }
387   
388   // look for candidates in chamber 1 not already attached to a track
389   // if we want to keep all possible tracks or if no good couple of hitForRec has been found
390   if (fgkTrackAllTracks || !foundTwoHits) {
391     
392     // Printout for debuging
393     if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
394       cout << "FollowTrackInStation: look for single hits in chamber(1..): " << ch1+1 << endl;
395     }
396     
397     // add MCS effect for next step
398     AliMUONTrackExtrap::AddMCSEffect(&extrapTrackParamAtCh2,AliMUONConstants::ChamberThicknessInX0(),1.);
399       
400     for (Int_t hit1 = 0; hit1 < fNHitsForRecPerChamber[ch1]; hit1++) {
401       
402       hitForRecCh1 = (AliMUONHitForRec*) fHitsForRecPtr->UncheckedAt(fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch1]+hit1);
403       
404       if (hitForRecCh1Used[hit1]) continue; // Skip hitForRec already used
405       
406       // try to add the current hit
407       chi2WithOneHitForRec = TryOneHitForRec(extrapTrackParamAtCh2, hitForRecCh1, extrapTrackParamAtHit1);
408     
409       // if good chi2 then consider to add hitForRecCh1
410       // We do not try to attach a hitForRec in the other chamber too since it has already been done above
411       if (chi2WithOneHitForRec < maxChi2WithOneHitForRec) {
412         foundOneHit = kTRUE;
413           
414         // Printout for debuging
415         if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
416           cout << "FollowTrackInStation: found one hit in chamber(1..): " << ch1+1
417                << " (Chi2 = " << chi2WithOneHitForRec << ")" << endl;
418         }
419         
420         if (fgkTrackAllTracks) {
421           // copy trackCandidate into a new track put at the end of fRecTracksPtr and add the new hitForRec's
422           newTrack = new ((*fRecTracksPtr)[fRecTracksPtr->GetLast()+1]) AliMUONTrack(trackCandidate);
423           UpdateTrack(*newTrack,extrapTrackParamAtHit1);
424           fNRecTracks++;
425           
426           // Printout for debuging
427           if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
428             cout << "FollowTrackInStation: added one hit in chamber(1..): " << ch1+1 << endl;
429             if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 3) newTrack->RecursiveDump();
430           }
431           
432         } else if (chi2WithOneHitForRec < bestChi2WithOneHitForRec) {
433           // keep track of the best single hitForRec except if a couple
434           // of hits has already been found (i.e. bestHitForRec1!=0x0)
435           bestChi2WithOneHitForRec = chi2WithOneHitForRec;
436           bestTrackParamAtHit1 = extrapTrackParamAtHit1;
437         }
438         
439       }
440       
441     }
442     
443   }
444   
445   // fill out the best track if required else clean up the fRecTracksPtr array
446   if (!fgkTrackAllTracks) {
447     if (foundTwoHits) {
448       UpdateTrack(trackCandidate,bestTrackParamAtHit1,bestTrackParamAtHit2);
449       
450       // Printout for debuging
451       if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
452         cout << "FollowTrackInStation: added the two best hits in station(1..): " << nextStation+1 << endl;
453         if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 3) newTrack->RecursiveDump();
454       }
455       
456     } else if (foundOneHit) {
457       UpdateTrack(trackCandidate,bestTrackParamAtHit1);
458       
459       // Printout for debuging
460       if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
461         cout << "FollowTrackInStation: added the best hit in chamber(1..): " << bestTrackParamAtHit1.GetHitForRecPtr()->GetChamberNumber()+1 << endl;
462         if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 3) newTrack->RecursiveDump();
463       }
464       
465     } else return kFALSE;
466     
467   } else if (foundOneHit || foundTwoHits) {
468     
469     // remove obsolete track
470     fRecTracksPtr->Remove(&trackCandidate);
471     fNRecTracks--;
472     
473   } else return kFALSE;
474   
475   return kTRUE;
476   
477 }
478
479   //__________________________________________________________________________
480 Double_t AliMUONTrackReconstructor::TryTwoHitForRec(const AliMUONTrackParam &trackParamAtHit1, AliMUONHitForRec* hitForRec2, AliMUONTrackParam &trackParamAtHit2)
481 {
482 /// Test the compatibility between the track and the 2 hitForRec together (using trackParam's covariance matrix):
483 /// return the corresponding Chi2 accounting for covariances between the 2 hitForRec
484 /// return trackParamAtHit1 & 2
485   
486   if (!trackParamAtHit1.CovariancesExist()) AliWarning(" track parameter covariance matrix does not exist");
487   AliMUONHitForRec* hitForRec1 = trackParamAtHit1.GetHitForRecPtr();
488   if (!hitForRec1) AliFatal(" no hitForRec attached to trackParamAtHit1");
489   
490   // extrapolate track parameters at the z position of the second hit
491   trackParamAtHit2.SetParameters(trackParamAtHit1.GetParameters());
492   trackParamAtHit2.SetZ(trackParamAtHit1.GetZ());
493   AliMUONTrackExtrap::ExtrapToZ(&trackParamAtHit2, hitForRec2->GetZ());
494   
495   // set pointer to hit2 into trackParamAtHit2
496   trackParamAtHit2.SetHitForRecPtr(hitForRec2);
497   
498   // Set differences between track and the 2 hitForRec in the bending and non bending directions
499   TMatrixD dPos(4,1);
500   dPos(0,0) = hitForRec1->GetNonBendingCoor() - trackParamAtHit1.GetNonBendingCoor();
501   dPos(1,0) = hitForRec1->GetBendingCoor() - trackParamAtHit1.GetBendingCoor();
502   dPos(2,0) = hitForRec2->GetNonBendingCoor() - trackParamAtHit2.GetNonBendingCoor();
503   dPos(3,0) = hitForRec2->GetBendingCoor() - trackParamAtHit2.GetBendingCoor();
504   
505   // quick tests of hitForRec compatibility within a wide road of x*y = 1*1 cm2 to save computing time
506   if (TMath::Abs(dPos(0,0)) > fgkMaxTrackingDistanceNonBending ||
507       TMath::Abs(dPos(1,0)) > fgkMaxTrackingDistanceBending    ||
508       TMath::Abs(dPos(2,0)) > fgkMaxTrackingDistanceNonBending ||
509       TMath::Abs(dPos(3,0)) > fgkMaxTrackingDistanceBending) return 1.e10;
510   
511   // Calculate the error matrix from the track parameter covariances at first hitForRec
512   TMatrixD error(4,4);
513   error.Zero();
514   if (trackParamAtHit1.CovariancesExist()) {
515     // Save track parameters at first hitForRec
516     AliMUONTrackParam trackParamAtHit1Save(trackParamAtHit1);
517     TMatrixD paramAtHit1Save(trackParamAtHit1Save.GetParameters());
518     Double_t z1 = trackParamAtHit1Save.GetZ();
519     
520     // Save track coordinates at second hitForRec
521     Double_t nonBendingCoor2         = trackParamAtHit2.GetNonBendingCoor();
522     Double_t bendingCoor2            = trackParamAtHit2.GetBendingCoor();
523     
524     // add MCS effect at first hitForRec
525     AliMUONTrackExtrap::AddMCSEffect(&trackParamAtHit1Save,AliMUONConstants::ChamberThicknessInX0(),1.);
526     
527     // Get the pointer to the parameter covariance matrix at first hitForRec
528     const TMatrixD& kParamCov = trackParamAtHit1Save.GetCovariances();
529     
530     // Calculate the jacobian related to the transformation between track parameters
531     // at first hitForRec and track coordinates at the 2 hitForRec z-position
532     TMatrixD jacob(4,5);
533     jacob.Zero();
534     // first derivative at the first hitForRec:
535     jacob(0,0) = 1.; // dx1/dx
536     jacob(1,2) = 1.; // dy1/dy
537     // first derivative at the second hitForRec:
538     TMatrixD dParam(5,1);
539     for (Int_t i=0; i<5; i++) {
540       // Skip jacobian calculation for parameters with no associated error
541       if (kParamCov(i,i) == 0.) continue;
542       // Small variation of parameter i only
543       for (Int_t j=0; j<5; j++) {
544         if (j==i) {
545           dParam(j,0) = TMath::Sqrt(kParamCov(i,i));
546           if (j == 4) dParam(j,0) *= TMath::Sign(1.,-paramAtHit1Save(4,0)); // variation always in the same direction
547         } else dParam(j,0) = 0.;
548       }
549       
550       // Set new track parameters at first hitForRec
551       trackParamAtHit1Save.SetParameters(paramAtHit1Save);
552       trackParamAtHit1Save.AddParameters(dParam);
553       trackParamAtHit1Save.SetZ(z1);
554       
555       // Extrapolate new track parameters to the z position of the second hitForRec
556       AliMUONTrackExtrap::ExtrapToZ(&trackParamAtHit1Save,hitForRec2->GetZ());
557       
558       // Calculate the jacobian
559       jacob(2,i) = (trackParamAtHit1Save.GetNonBendingCoor()  - nonBendingCoor2) / dParam(i,0); // dx2/dParami
560       jacob(3,i) = (trackParamAtHit1Save.GetBendingCoor()     - bendingCoor2   ) / dParam(i,0); // dy2/dParami
561     }
562     
563     // Calculate the error matrix
564     TMatrixD tmp(jacob,TMatrixD::kMult,kParamCov);
565     error = TMatrixD(tmp,TMatrixD::kMultTranspose,jacob);
566   }
567   
568   // Add hitForRec resolution to the error matrix
569   error(0,0) += hitForRec1->GetNonBendingReso2();
570   error(1,1) += hitForRec1->GetBendingReso2();
571   error(2,2) += hitForRec2->GetNonBendingReso2();
572   error(3,3) += hitForRec2->GetBendingReso2();
573   
574   // invert the error matrix for Chi2 calculation
575   if (error.Determinant() != 0) {
576     error.Invert();
577   } else {
578     AliWarning(" Determinant error=0");
579     return 1.e10;
580   }
581   
582   // Compute the Chi2 value
583   TMatrixD tmp2(dPos,TMatrixD::kTransposeMult,error);
584   TMatrixD result(tmp2,TMatrixD::kMult,dPos);
585   
586   return result(0,0);
587   
588 }
589
590   //__________________________________________________________________________
591 void AliMUONTrackReconstructor::UpdateTrack(AliMUONTrack &track, AliMUONTrackParam &trackParamAtHit)
592 {
593   /// Add 1 hit to the track candidate
594   /// Update chi2 of the track 
595   
596   // Compute local chi2
597   AliMUONHitForRec* hit = trackParamAtHit.GetHitForRecPtr();
598   Double_t deltaX = trackParamAtHit.GetNonBendingCoor() - hit->GetNonBendingCoor();
599   Double_t deltaY = trackParamAtHit.GetBendingCoor() - hit->GetBendingCoor();
600   Double_t localChi2 = deltaX*deltaX / hit->GetNonBendingReso2() +
601                        deltaY*deltaY / hit->GetBendingReso2();
602   
603   // Update the chi2 of the new track
604   track.SetFitFMin(track.GetFitFMin() + localChi2);
605   
606   // Update TrackParamAtHit
607   track.AddTrackParamAtHit(&trackParamAtHit,trackParamAtHit.GetHitForRecPtr());
608   track.GetTrackParamAtHit()->Sort();
609   
610 }
611
612   //__________________________________________________________________________
613 void AliMUONTrackReconstructor::UpdateTrack(AliMUONTrack &track, AliMUONTrackParam &trackParamAtHit1, AliMUONTrackParam &trackParamAtHit2)
614 {
615   /// Add 2 hits to the track candidate
616   /// Update track and local chi2
617   
618   // Update local chi2 at first hit
619   AliMUONHitForRec* hit1 = trackParamAtHit1.GetHitForRecPtr();
620   Double_t deltaX = trackParamAtHit1.GetNonBendingCoor() - hit1->GetNonBendingCoor();
621   Double_t deltaY = trackParamAtHit1.GetBendingCoor() - hit1->GetBendingCoor();
622   Double_t localChi2AtHit1 = deltaX*deltaX / hit1->GetNonBendingReso2() +
623                              deltaY*deltaY / hit1->GetBendingReso2();
624   trackParamAtHit1.SetLocalChi2(localChi2AtHit1);
625   
626   // Flag first hit as being removable
627   trackParamAtHit1.SetRemovable(kTRUE);
628   
629   // Update local chi2 at second hit
630   AliMUONHitForRec* hit2 = trackParamAtHit2.GetHitForRecPtr();
631   deltaX = trackParamAtHit2.GetNonBendingCoor() - hit2->GetNonBendingCoor();
632   deltaY = trackParamAtHit2.GetBendingCoor() - hit2->GetBendingCoor();
633   Double_t localChi2AtHit2 = deltaX*deltaX / hit2->GetNonBendingReso2() +
634                              deltaY*deltaY / hit2->GetBendingReso2();
635   trackParamAtHit2.SetLocalChi2(localChi2AtHit2);
636   
637   // Flag first hit as being removable
638   trackParamAtHit2.SetRemovable(kTRUE);
639   
640   // Update the chi2 of the new track
641   track.SetFitFMin(track.GetFitFMin() + localChi2AtHit1 + localChi2AtHit2);
642   
643   // Update TrackParamAtHit
644   track.AddTrackParamAtHit(&trackParamAtHit1,trackParamAtHit1.GetHitForRecPtr());
645   track.AddTrackParamAtHit(&trackParamAtHit2,trackParamAtHit2.GetHitForRecPtr());
646   track.GetTrackParamAtHit()->Sort();
647   
648 }
649
650   //__________________________________________________________________________
651 Bool_t AliMUONTrackReconstructor::RecoverTrack(AliMUONTrack &trackCandidate, Int_t nextStation)
652 {
653   /// Try to recover the track candidate in the next station
654   /// by removing the worst of the two hits attached in the current station
655   /// Return kTRUE if recovering succeeds
656   AliDebug(1,"Enter RecoverTrack");
657   
658   // Do not try to recover track until we have attached hit(s) on station(1..) 3
659   if (nextStation > 1) return kFALSE;
660   
661   Int_t worstHitNumber = -1;
662   Double_t localChi2, worstLocalChi2 = 0.;
663   
664   // Look for the hit to remove
665   for (Int_t hitNumber = 0; hitNumber < 2; hitNumber++) {
666     AliMUONTrackParam *trackParamAtHit = (AliMUONTrackParam*)trackCandidate.GetTrackParamAtHit()->UncheckedAt(hitNumber);
667     
668     // check if current hit is removable
669     if (!trackParamAtHit->IsRemovable()) return kFALSE;
670     
671     // Pick up hit with the worst chi2
672     localChi2 = trackParamAtHit->GetLocalChi2();
673     if (localChi2 > worstLocalChi2) {
674       worstLocalChi2 = localChi2;
675       worstHitNumber = hitNumber;
676     }
677   }
678   
679   // Reset best hit as being NOT removable
680   ((AliMUONTrackParam*)trackCandidate.GetTrackParamAtHit()->UncheckedAt((worstHitNumber+1)%2))->SetRemovable(kFALSE);
681   
682   // Remove the worst hit
683   trackCandidate.RemoveTrackParamAtHit((AliMUONTrackParam*)trackCandidate.GetTrackParamAtHit()->UncheckedAt(worstHitNumber));
684   
685   // Re-fit the track:
686   // Do not take into account the multiple scattering to speed up the fit
687   // Calculate the track parameter covariance matrix
688   trackCandidate.SetFitWithVertex(kFALSE); // To be sure
689   Fit(trackCandidate, kFALSE, kTRUE);
690   
691   // Look for new hit(s) in next station
692   return FollowTrackInStation(trackCandidate,nextStation);
693   
694 }
695
696   //__________________________________________________________________________
697 void AliMUONTrackReconstructor::SetVertexForFit(AliMUONTrack &trackCandidate)
698 {
699   /// Add the vertex as a measured hit to constrain the fit of the "trackCandidate"
700   /// Compute the vertex resolution from natural vertex dispersion and
701   /// multiple scattering effets according to trackCandidate path in absorber
702   /// It is necessary to account for multiple scattering effects here instead of during the fit of
703   /// the "trackCandidate" to do not influence the result by changing track resolution at vertex
704   AliDebug(1,"Enter SetVertexForFit");
705   
706   Double_t nonBendingReso2 = fgkNonBendingVertexDispersion * fgkNonBendingVertexDispersion;
707   Double_t bendingReso2 = fgkBendingVertexDispersion * fgkBendingVertexDispersion;
708   // add multiple scattering effets
709   AliMUONTrackParam paramAtVertex(*((AliMUONTrackParam*)(trackCandidate.GetTrackParamAtHit()->First())));
710   paramAtVertex.DeleteCovariances(); // to be sure to account only for multiple scattering
711   AliMUONTrackExtrap::ExtrapToVertexUncorrected(&paramAtVertex,0.);
712   const TMatrixD& kParamCov = paramAtVertex.GetCovariances();
713   nonBendingReso2 += kParamCov(0,0);
714   bendingReso2 += kParamCov(2,2);
715   // Set the vertex
716   AliMUONHitForRec vertex; // Coordinates set to (0.,0.,0.) by default
717   vertex.SetNonBendingReso2(nonBendingReso2);
718   vertex.SetBendingReso2(bendingReso2);
719   trackCandidate.SetVertex(&vertex);
720 }
721
722   //__________________________________________________________________________
723 void AliMUONTrackReconstructor::Fit(AliMUONTrack &track, Bool_t includeMCS, Bool_t calcCov)
724 {
725   /// Fit the track "track" w/wo multiple Coulomb scattering according to "includeMCS".
726   
727   Double_t benC, errorParam, invBenP, nonBenC, x, y;
728   AliMUONTrackParam *trackParam;
729   Double_t arg[1], fedm, errdef, fitFMin;
730   Int_t npari, nparx;
731   Int_t status, covStatus;
732   
733   // Instantiate gMinuit if not already done
734   if (!gMinuit) gMinuit = new TMinuit(6);
735   // Clear MINUIT parameters
736   gMinuit->mncler();
737   // Give the fitted track to MINUIT
738   gMinuit->SetObjectFit(&track);
739   if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 2) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 2)) {
740     // Define print level
741     arg[0] = 1;
742     gMinuit->mnexcm("SET PRI", arg, 1, status);
743     // Print covariance matrix
744     gMinuit->mnexcm("SHO COV", arg, 0, status);
745   } else {
746     arg[0] = -1;
747     gMinuit->mnexcm("SET PRI", arg, 1, status);
748   }
749   // No warnings
750   gMinuit->mnexcm("SET NOW", arg, 0, status);
751   // Define strategy
752   //arg[0] = 2;
753   //gMinuit->mnexcm("SET STR", arg, 1, status);
754   
755   // set flag w/wo multiple scattering according to "includeMCS"
756   track.SetFitWithMCS(includeMCS);
757   if (includeMCS) {
758     // compute hit weights only once
759     if (!track.ComputeHitWeights()) {
760       AliWarning("cannot take into account the multiple scattering effects");
761       track.SetFitWithMCS(kFALSE);
762     }
763   }
764   
765   // Set fitting function
766   gMinuit->SetFCN(TrackChi2);
767   
768   // Set fitted parameters (!! The order is very important for the covariance matrix !!)
769   trackParam = (AliMUONTrackParam*) (track.GetTrackParamAtHit()->First());
770   // could be tried with no limits for the search (min=max=0) ????
771   // mandatory limits in non Bending to avoid NaN values of parameters
772   gMinuit->mnparm(0, "X", trackParam->GetNonBendingCoor(), 0.03, -500.0, 500.0, status);
773   gMinuit->mnparm(1, "NonBenS", trackParam->GetNonBendingSlope(), 0.001, -0.5, 0.5, status);
774   // mandatory limits in Bending to avoid NaN values of parameters
775   gMinuit->mnparm(2, "Y", trackParam->GetBendingCoor(), 0.10, -500.0, 500.0, status);
776   gMinuit->mnparm(3, "BenS", trackParam->GetBendingSlope(), 0.001, -0.5, 0.5, status);
777   gMinuit->mnparm(4, "InvBenP", trackParam->GetInverseBendingMomentum(), 0.003, -0.4, 0.4, status);
778   
779   // minimization
780   gMinuit->mnexcm("MIGRAD", arg, 0, status);
781   
782   // Calculate the covariance matrix more accurately if required
783   if (calcCov) gMinuit->mnexcm("HESSE", arg, 0, status);
784    
785   // get results into "invBenP", "benC", "nonBenC" ("x", "y")
786   gMinuit->GetParameter(0, x, errorParam);
787   trackParam->SetNonBendingCoor(x);
788   gMinuit->GetParameter(1, nonBenC, errorParam);
789   trackParam->SetNonBendingSlope(nonBenC);
790   gMinuit->GetParameter(2, y, errorParam);
791   trackParam->SetBendingCoor(y);
792   gMinuit->GetParameter(3, benC, errorParam);
793   trackParam->SetBendingSlope(benC);
794   gMinuit->GetParameter(4, invBenP, errorParam);
795   trackParam->SetInverseBendingMomentum(invBenP);
796   
797   // global result of the fit
798   gMinuit->mnstat(fitFMin, fedm, errdef, npari, nparx, covStatus);
799   track.SetFitFMin(fitFMin);
800   
801   // Get the covariance matrix if required
802   if (calcCov) {
803     // Covariance matrix according to HESSE status
804     // If problem then keep only the diagonal terms (variances)
805     Double_t matrix[5][5];
806     gMinuit->mnemat(&matrix[0][0],5);
807     if (covStatus == 3) trackParam->SetCovariances(matrix);
808     else trackParam->SetVariances(matrix);
809   } else trackParam->DeleteCovariances();
810   
811 }
812
813   //__________________________________________________________________________
814 void TrackChi2(Int_t & /*nParam*/, Double_t * /*gradient*/, Double_t &chi2, Double_t *param, Int_t /*flag*/)
815 {
816   /// Return the "Chi2" to be minimized with Minuit for track fitting.
817   /// Assumes that the track hits are sorted according to increasing Z.
818   /// Track parameters at each TrackHit are updated accordingly.
819   /// Vertex is used according to the flag "trackBeingFitted->GetFitWithVertex()".
820   /// Multiple Coulomb scattering is taken into account according to the flag "trackBeingFitted->GetFitWithMCS()".
821   
822   AliMUONTrack *trackBeingFitted = (AliMUONTrack*) gMinuit->GetObjectFit();
823   AliMUONTrackParam* trackParamAtHit = (AliMUONTrackParam*) trackBeingFitted->GetTrackParamAtHit()->First();
824   Double_t dX, dY;
825   chi2 = 0.; // initialize chi2
826   
827   // update track parameters
828   trackParamAtHit->SetNonBendingCoor(param[0]);
829   trackParamAtHit->SetNonBendingSlope(param[1]);
830   trackParamAtHit->SetBendingCoor(param[2]);
831   trackParamAtHit->SetBendingSlope(param[3]);
832   trackParamAtHit->SetInverseBendingMomentum(param[4]);
833   trackBeingFitted->UpdateTrackParamAtHit();
834   
835   // Take the vertex into account in the fit if required
836   if (trackBeingFitted->GetFitWithVertex()) {
837     AliMUONTrackParam paramAtVertex(*trackParamAtHit);
838     AliMUONTrackExtrap::ExtrapToZ(&paramAtVertex, 0.);
839     AliMUONHitForRec *vertex = trackBeingFitted->GetVertex();
840     if (!vertex) {
841       cout<<"Error in TrackChi2: Want to use the vertex in tracking but it has not been created!!"<<endl;
842       exit(-1);
843     }
844     dX = vertex->GetNonBendingCoor() - paramAtVertex.GetNonBendingCoor();
845     dY = vertex->GetBendingCoor() - paramAtVertex.GetBendingCoor();
846     chi2 += dX * dX / vertex->GetNonBendingReso2() + dY * dY / vertex->GetBendingReso2();
847   }
848   
849   // compute chi2 w/wo multiple scattering
850   if (trackBeingFitted->GetFitWithMCS()) chi2 += trackBeingFitted->ComputeGlobalChi2(kTRUE);
851   else chi2 += trackBeingFitted->ComputeGlobalChi2(kFALSE);
852   
853 }
854
855   //__________________________________________________________________________
856 void AliMUONTrackReconstructor::ImproveTracks()
857 {
858   /// Improve tracks by removing clusters with local chi2 highter than the defined cut
859   /// Recompute track parameters and covariances at the remaining clusters
860   AliDebug(1,"Enter ImproveTracks");
861   
862   Double_t localChi2, worstLocalChi2;
863   Int_t worstChamber;
864   AliMUONTrackParam *trackParamAtHit, *worstTrackParamAtHit;
865   
866   // Remove double track to improve only "good" tracks
867   RemoveDoubleTracks();
868   
869   AliMUONTrack *track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->First();
870   while (track) {
871     
872     while (!track->IsImproved()) {
873       
874       // Update track parameters and covariances
875       track->UpdateCovTrackParamAtHit();
876       
877       // Compute local chi2 of each hits
878       track->ComputeLocalChi2(kTRUE);
879       
880       // Look for the hit to remove
881       worstTrackParamAtHit = 0;
882       worstLocalChi2 = 0.;
883       trackParamAtHit = (AliMUONTrackParam*) track->GetTrackParamAtHit()->First();
884       while (trackParamAtHit) {
885         
886         // Pick up hit with the worst chi2
887         localChi2 = trackParamAtHit->GetLocalChi2();
888         if (localChi2 > worstLocalChi2) {
889           worstLocalChi2 = localChi2;
890           worstTrackParamAtHit = trackParamAtHit;
891         }
892         
893       trackParamAtHit = (AliMUONTrackParam*) track->GetTrackParamAtHit()->After(trackParamAtHit);
894       }
895       
896       // Check if bad hit found
897       if (!worstTrackParamAtHit) {
898         track->SetImproved(kTRUE);
899         break;
900       }
901       
902       // check whether the worst hit is removable or not
903       if (!worstTrackParamAtHit->IsRemovable()) {
904         track->SetImproved(kTRUE);
905         break;
906       }
907       
908       // Check whether the worst chi2 is under requirement or not
909       if (worstLocalChi2 < 2. * fgkSigmaToCutForImprovement * fgkSigmaToCutForImprovement) { // 2 because 2 quantities in chi2
910         track->SetImproved(kTRUE);
911         break;
912       }
913       
914       // Reset the second hit in the same station as the bad one as being NOT removable
915       worstChamber = worstTrackParamAtHit->GetHitForRecPtr()->GetChamberNumber();
916       if (worstChamber%2 == 0) ((AliMUONTrackParam*)track->GetTrackParamAtHit()->After(worstTrackParamAtHit))->SetRemovable(kFALSE);
917       else ((AliMUONTrackParam*)track->GetTrackParamAtHit()->Before(worstTrackParamAtHit))->SetRemovable(kFALSE);
918       
919       // Remove the worst hit
920       track->RemoveTrackParamAtHit(worstTrackParamAtHit);
921       
922       // Re-fit the track:
923       // Take into account the multiple scattering
924       // Calculate the track parameter covariance matrix
925       track->SetFitWithVertex(kFALSE); // To be sure
926       Fit(*track, kTRUE, kTRUE);
927       
928       // Printout for debuging
929       if ((AliLog::GetDebugLevel("MUON","AliMUONTrackReconstructor") >= 1) || (AliLog::GetGlobalDebugLevel() >= 1)) {
930         cout << "ImproveTracks: track " << fRecTracksPtr->IndexOf(track)+1 << " improved " << endl;
931       }
932       
933     }
934     
935     track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->After(track);
936   }
937   
938 }
939
940   //__________________________________________________________________________
941 void AliMUONTrackReconstructor::Finalize()
942 {
943   /// Fill AliMUONTrack's fHitForRecAtHit array
944   /// Recompute track parameters and covariances at each attached cluster from those at the first one
945   AliMUONTrack *track;
946   AliMUONTrackParam *trackParamAtHit;
947   
948   track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->First();
949   while (track) {
950     
951     // update track parameters if not already done
952     if (!track->IsImproved()) track->UpdateCovTrackParamAtHit();
953     
954     trackParamAtHit = (AliMUONTrackParam*) (track->GetTrackParamAtHit()->First());
955     while (trackParamAtHit) {
956       
957       // update array of track hit
958       track->AddHitForRecAtHit(trackParamAtHit->GetHitForRecPtr());
959       
960       trackParamAtHit = (AliMUONTrackParam*) (track->GetTrackParamAtHit()->After(trackParamAtHit));
961     }
962     
963     track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->After(track);
964     
965   }
966     
967 }
968
969