CMake: Adding missing ALI_DATE flag
[u/mrichter/AliRoot.git] / RAW / AliCaloFastAltroFitv0.cxx
1 /**************************************************************************
2  * Copyright(c) 1998-2010 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 /* History of cvs commits:
19  * $Log$
20  */
21
22 //______________________________________________________ 
23 // Author : Aleksei Pavlinov; IHEP, Protvino, Russia
24 // Feb 17, 2009
25 // Implementation of fit procedure from ALICE-INT-2008-026:
26 // "Time and amplitude reconstruction from sampling 
27 //  measurements of the PHOS signal profile"
28 //  M.Yu.Bogolyubsky and ..
29 //
30 //  Fit by function en*x*x*exp(-2.*x): x = (t-t0)/tau.
31 //  The main goal is fast estimation of amplitude and t0.
32 //
33
34 // --- AliRoot header files ---
35 #include "AliCaloFastAltroFitv0.h"
36
37 #include <TH1.h>
38 #include <TF1.h>
39 #include <TCanvas.h>
40 #include <TGraphErrors.h>
41 #include <TMath.h>
42
43 #include <math.h>
44
45 ClassImp(AliCaloFastAltroFitv0)
46
47 //____________________________________________________________________________
48   AliCaloFastAltroFitv0::AliCaloFastAltroFitv0() 
49 : TNamed(), 
50   fSig(0),fTau(0),fN(0),fPed(0), fAmp(0),fAmpErr(0),fT0(0),fT0Err(0),fChi2(0.),fNDF(0)
51 ,fNoFit(0),fNfit(0),fTfit(0),fAmpfit(0), fStdFun(0)
52 {
53 }
54
55 //____________________________________________________________________________
56 AliCaloFastAltroFitv0::AliCaloFastAltroFitv0(const char* name, const char* title, 
57   const Double_t sig, const Double_t tau, const Double_t n)
58   : TNamed(name, title), 
59   fSig(sig),fTau(tau),fN(n),fPed(0), fAmp(0),fAmpErr(0),fT0(0),fT0Err(0),fChi2(0.),fNDF(0) 
60  ,fNoFit(0),fNfit(0),fTfit(0),fAmpfit(0), fStdFun(0)
61 {
62   if(strlen(name)==0) SetName("CaloFastAltroFitv0");
63 }
64
65 //____________________________________________________________________________
66 AliCaloFastAltroFitv0::AliCaloFastAltroFitv0(const AliCaloFastAltroFitv0 &obj)
67   : TNamed(obj), 
68   fSig(0),fTau(0),fN(2.),fPed(0), fAmp(0),fAmpErr(0),fT0(0),fT0Err(0),fChi2(0.),fNDF(0) 
69  ,fNoFit(0),fNfit(0),fTfit(0),fAmpfit(0), fStdFun(0)
70 {
71 }
72
73 //____________________________________________________________________________
74 AliCaloFastAltroFitv0::~AliCaloFastAltroFitv0() 
75 {  
76   if(fTfit) delete [] fTfit;
77   if(fAmpfit) delete [] fAmpfit;
78 }
79
80 //____________________________________________________________________________
81 AliCaloFastAltroFitv0& AliCaloFastAltroFitv0::operator= (const AliCaloFastAltroFitv0 &/*obj*/)
82 {
83   // Not implemented yet
84   return (*this);
85 }
86
87 void AliCaloFastAltroFitv0::FastFit(Int_t* t, Int_t* y, Int_t nPoints, Double_t sig, Double_t tau, 
88                                     Double_t /*n*/, Double_t ped, Double_t tMax)
89 {
90   Reset();
91
92   fSig = sig;
93   fTau = tau;
94   fPed = ped;
95
96   Int_t ii=0;
97   CutRightPart(t,y,nPoints,tMax, ii);
98   nPoints = ii;
99
100   fNfit   = 0;
101   fTfit   = new Double_t[nPoints]; 
102   fAmpfit = new Double_t[nPoints]; 
103
104   
105   DeductPedestal(t,y,nPoints,  tau,ped,  fTfit,fAmpfit,fNfit);
106   //  printf(" n %i : fNfit %i : ped %f \n", n, fNfit, ped);
107   // for(int i=0; i<fNfit; i++) 
108   // printf(" i %i : fAmpfit %7.2f : fTfit %7.2f \n", i, fAmpfit[i], fTfit[i]); 
109
110   if(fNfit>=2) {
111     FastFit(fTfit,fAmpfit,fNfit,sig,tau, fAmp,fAmpErr, fT0,fT0Err,fChi2);
112
113     if(fChi2> 0.0) {
114       fNDF = fNfit - 2;
115     } else {
116       fNDF = 0;
117       fNoFit++;
118     }
119   } else if(fNfit==1){
120     Reset(); // What to do here => fT0 = fTfit[0]; fAmp = fAmpFit[0] ??
121   } else {
122     Reset();
123   }
124 }
125
126 //____________________________________________________________________________
127 void AliCaloFastAltroFitv0::FastFit(TH1F* h, Double_t sig, Double_t tau, Double_t n,
128 Double_t ped, Double_t tMax)
129 {
130   // Service method for convinience only
131   // h - hist with altro response, could have empty bin
132   // and center of bin could be different from bin number  
133   Reset();
134
135   if(h==0) return;
136   Int_t nPoints = h->GetNbinsX();
137   if(nPoints<2) return; // Sep 07, 09
138
139   Int_t* t = new Int_t[nPoints];
140   Int_t* y = new Int_t[nPoints];
141
142   Int_t nPositive=0;
143   for(Int_t i=0; i<nPoints; i++) {
144     if(h->GetBinContent(i+1) > 0.0){ // Get only positive
145       y[nPositive] = Int_t(h->GetBinContent(i+1));
146       t[nPositive] = Int_t(h->GetBinCenter(i+1)+0.0001);
147       nPositive++;
148     }
149   }
150
151   if(nPositive >= 2) {
152     FastFit(t,y,nPoints, sig,tau,n,ped, tMax);
153   }
154   if(fChi2<=0.0) fNoFit++;
155
156   delete [] t;
157   delete [] y;
158 }
159
160 void AliCaloFastAltroFitv0::Reset()
161 {
162   // Reset variables
163   fSig  = fTau = 0.0;
164   fAmp  = fAmpErr = fT0 = fT0Err = 0.0;
165   fChi2 = -1.;
166   fNDF  = fNfit = 0;
167
168   if(fTfit)   delete [] fTfit;
169   if(fAmpfit) delete [] fAmpfit;
170   fTfit = fAmpfit = 0;
171 }
172
173
174 void AliCaloFastAltroFitv0::GetFitResult(Double_t &amp,Double_t &eamp,Double_t &t0,Double_t &et0, 
175 Double_t &chi2, Int_t &ndf) const
176 {
177   // Return results of fitting procedure
178   amp  = fAmp;
179   eamp = fAmpErr;
180   t0   = fT0;
181   et0  = fT0Err;
182   chi2 = fChi2;
183   ndf  = fNDF;
184 }
185
186 void AliCaloFastAltroFitv0::GetFittedPoints(Int_t &nfit, Double_t* ar[2]) const
187 {
188   nfit  = fNfit;
189   ar[0] = fTfit;
190   ar[1] = fAmpfit;
191 }
192 //
193 // static functions
194 // 
195 void  AliCaloFastAltroFitv0::CutRightPart(Int_t *t,Int_t *y,Int_t nPoints,Double_t tMax, Int_t &ii)
196 {
197   // Cut right part of altro sample : static function
198   Int_t tt=0;
199   for(Int_t i=0; i<nPoints; i++) {
200     tt = t[i];
201     if(tMax && tt <= Int_t(tMax)) {
202       t[ii] = tt;
203       y[ii] = y[i];
204       ii++;
205     }
206   }
207   if(0) printf(" ii %i -> ii %i : tMax %7.2f \n", nPoints, ii, tMax);
208 }
209
210 void AliCaloFastAltroFitv0::DeductPedestal(Int_t* t, Int_t* y, Int_t nPoints, Double_t tau, Double_t ped, 
211   Double_t* tn, Double_t* yn, Int_t &nPointsOut)
212 {
213   // Pedestal deduction if ped is positive : static function
214   // Discard part od samle if it is not compact.
215   static Double_t yMinUnderPed=2.; // should be tune
216   Int_t ymax=0, nmax=0;
217   for(Int_t i=0; i<nPoints; i++){
218     if(y[i]>ymax) {
219       ymax = y[i];
220       nmax = i;
221     }
222   }
223   Int_t i1 = nmax - Int_t(tau);
224   //i1 = 0;
225   i1 = i1<0?0:i1;
226   Int_t i2 = nPoints;
227
228   nPointsOut = 0;
229   Double_t yd=0.0, tdiff=0.0;;
230   for(Int_t i=i1; i<i2; i++) {
231     if(ped>0.0) {
232       yd = Double_t(y[i]) - ped;
233     } else {
234       yd = Double_t(y[i]);
235     }
236     if(yd < yMinUnderPed) continue;
237
238     if(i>i1 && nPointsOut>0){
239       tdiff = t[i] - tn[nPointsOut-1];
240       //      printf(" i %i : nPointsOut %i : tdiff %6.2f : tn[nPointsOut] %6.2f \n", i,nPointsOut, tdiff, tn[nPointsOut-1]);
241       if(tdiff>1.) {
242      // discard previous points if its are before maximum point and with gap>1
243         if(i<nmax ) {
244           nPointsOut = 0; // nPointsOut--;
245      // if point with gap after maximum - finish selection
246         } else if(i>=nmax ) {
247           break;
248         }
249       }
250      // Far away from maximum
251      //if(i-nmax > Int_t(5*tau))              break;
252     }
253     tn[nPointsOut] = Double_t(t[i]);
254     yn[nPointsOut] = yd;
255     //printf("i %i : nPointsOut %i : tn %6.2f : yn %6.2f \n", i, nPointsOut, tn[nPointsOut], yn[nPointsOut]); 
256     nPointsOut++;
257   }
258   //printf(" nmax %i : nPointsIn %i :nPointsOut %i i1 %i \n", nmax, nPointsIn, nPointsOut, i1);
259 }
260
261 void AliCaloFastAltroFitv0::FastFit(const Double_t* t, const Double_t* y, const Int_t nPoints, 
262                                     const Double_t sig, const Double_t tau,
263                                     Double_t &amp, Double_t &eamp, Double_t &t0, Double_t &et0, Double_t &chi2)
264 {
265   // Static function
266   // It is case of n=k=2 : fnn = x*x*exp(2 - 2*x)
267   // Input: 
268   //nPoints  - number of points 
269   //   t[]   - array of time bins
270   //   y[]   - array of amplitudes after pedestal subtractions;
271   //   sig   - error of amplitude measurement (one value for all channels)
272   //   tau   - filter time response (in timebin units)
273   // Output:
274   //       amp - amplitude at t0;
275   //      eamp - error of amplitude; 
276   //        t0 - time of max amplitude; 
277   //       et0 - error of t0;
278   //      chi2 - chi2
279   static Double_t xx; // t/tau
280   static Double_t a, b, c;
281   static Double_t f02, f12, f22;    // functions
282   static Double_t f02d, f12d, f22d; // functions derivations
283
284   chi2 = -1.;
285
286   if(nPoints<2) {
287     printf(" AliCaloFastAltroFitv0::FastFit : nPoints<=%i \n", nPoints); 
288     return;
289   }
290
291   a = b = c = 0.0;
292   for(Int_t i=0; i<nPoints; i++){
293     xx  = t[i]/tau;
294     f02 = exp(-2.*xx);
295     f12 = xx*f02;
296     f22 = xx*f12;
297     // Derivations
298     f02d = -2.*f02;
299     f12d = f02 - 2.*f12;
300     f22d = 2.*(f12 - f22); 
301     //
302     a += f02d * y[i];
303     b -= 2.*f12d * y[i];
304     c += f22d * y[i];
305   }
306   Double_t t01=0.0, t02=0.0;
307   Double_t amp1=0.0, amp2=0.0, chi21=0.0, chi22=0.0;
308   if(QuadraticRoots(a,b,c, t01,t02)) {
309     t01 *= tau;
310     t02 *= tau;
311     Amplitude(t,y,nPoints, sig, tau, t01, amp1, chi21);
312     Amplitude(t,y,nPoints, sig, tau, t02, amp2, chi22);
313     if(0) {
314       printf(" t01 %f : t02 %f \n", t01, t02);
315       printf(" amp1 %f : amp2 %f \n", amp1, amp2);
316       printf(" chi21 %f : chi22 %f \n", chi21, chi22);
317     }
318     // t0 less on one tau with comparing with value from  "canonical equation"
319     amp  = amp1;
320     t0   = t01;
321     chi2 = chi21; 
322     if(chi21 > chi22) {
323       amp  = amp2;
324       t0   = t02; 
325       chi2 = chi22; 
326     }
327     if(tau<3.) { // EMCAL case : small tau 
328       t0 += -0.03; // Discard bias in t0
329       Amplitude(t,y,nPoints, sig, tau, t0, amp, chi2);
330     }
331     CalculateParsErrors(t, y, nPoints, sig, tau, amp, t0, eamp, et0);
332
333     // Fill1();
334     
335     // DrawFastFunction(amp, t0, fUtils->GetPedestalValue(), "1");
336     //    DrawFastFunction(amp1, t01, fUtils->GetPedestalValue(), "1");
337     // DrawFastFunction(amp2, t02, fUtils->GetPedestalValue(), "2");
338   } else {
339     chi2 = t01; // no roots, bad fit - negative chi2
340   }
341 }
342
343 Bool_t AliCaloFastAltroFitv0::QuadraticRoots(const Double_t a, const Double_t b, const Double_t c, 
344                                              Double_t &x1, Double_t &x2)
345 {
346   // Resolve quadratic equations a*x**2 + b*x + c
347   //printf(" a %12.5e b %12.5e c %12.5e \n", a, b, c);
348   static Double_t dtmp = 0.0, dtmpCut = -1.e-6;
349   static Int_t iWarning=0, iNoSolution=0;
350   dtmp = b*b - 4.*a*c;
351
352   if(dtmp>=dtmpCut && dtmp<0.0) {
353     if(iWarning<5 || iWarning%1000==0)
354       printf("<W> %i small neg. sq. : dtmp %12.5e \n", iWarning, dtmp);
355     iWarning++;
356     dtmp = 0.0;
357   }
358   if(dtmp>=0.0) {
359     dtmp = sqrt(dtmp);
360     x1   = (-b + dtmp) / (2.*a);
361     x2   = (-b - dtmp) / (2.*a);
362
363     //    printf(" x1 %f : x2 %f \n", x1, x2);
364     return kTRUE;
365   } else {
366     x1 = dtmp;
367     if(iNoSolution<5 || iNoSolution%1000==0)
368       printf("<No solution> %i neg. sq. : dtmp %12.5e \n", iNoSolution, dtmp);
369     iNoSolution++;
370     return kFALSE;
371   }
372 }
373
374 void AliCaloFastAltroFitv0::Amplitude(const Double_t* t,const Double_t* y,const Int_t nPoints, 
375                                       const Double_t sig, const Double_t tau, const Double_t t0, 
376                                       Double_t &amp, Double_t &chi2)
377 {  
378   // Calculate parameters error too - Mar 24,09
379   // sig is independent from points
380   amp = 0.;
381   Double_t x=0.0, f=0.0, den=0.0, f02;
382   for(Int_t i=0; i<nPoints; i++){
383     x    = (t[i] - t0)/tau;
384     f02  = exp(-2.*x);
385     f    = x*x*f02;     
386     amp += f*y[i];
387     den += f*f;
388   }
389   if(den>0.0) amp /= den;
390   //
391   // chi2 calculation
392   //
393   Double_t dy=0.0;
394   chi2=0.;
395   for(Int_t i=0; i<nPoints; i++){
396     x    = (t[i] - t0)/tau;
397     f02  = exp(-2.*x);
398     f    = amp*x*x*f02;
399     dy   = y[i]-f;
400     chi2 += dy*dy;
401     //    printf(" %i : y %f -> f %f : dy %f \n", i, y[i], f, dy); 
402   }
403   chi2 /= (sig*sig);
404 }
405
406 void AliCaloFastAltroFitv0::CalculateParsErrors(const Double_t* t, const Double_t* /*y*/, const Int_t nPoints, 
407                                                 const Double_t sig, const Double_t tau, 
408                                                 Double_t &amp, Double_t &t0, Double_t &eamp, Double_t &et0)
409 {
410   // Remember that fmax = exp(-n);
411   // fmax_nk = (n/k)**n*exp(-n) => n=k=2 => exp(-n) = exp(-2.)
412   static Double_t cc = exp(-2.);
413   //   static Double_t cc = exp(-fN); // mean(N)~1.5 ??
414
415   Double_t sumf2=0.0, sumfd2=0.0, x, f02, f12, f22, f22d;
416
417   for(Int_t i=0; i<nPoints; i++){
418     x    = (t[i] - t0)/tau;
419     f02  = exp(-2.*x);
420     f12  = x*f02;
421     f22  = x*f12;
422     sumf2 += f22 * f22;
423     //
424     f22d = 2.*(f12 - f22); 
425     sumfd2 += f22d * f22d;
426   }
427   et0  = (sig/amp)/sqrt(sumfd2);
428   eamp = sig/sqrt(sumf2);
429
430   amp  *= cc;
431   eamp *= cc;
432 }
433
434 //
435 // Drawing
436 //
437 TCanvas* AliCaloFastAltroFitv0::DrawFastFunction()
438 {
439   // QA of fitting
440   if(fNfit<=0) return 0; // no points
441
442   static TCanvas *c = 0;
443   if(c==0) {
444     c =  new TCanvas("fastFun","fastFun",800,600);
445   }
446
447   c->cd();
448   
449   Double_t* eamp = new Double_t[fNfit];
450   Double_t* et   = new Double_t[fNfit];
451
452   for(Int_t i=0; i<fNfit; i++) {
453     eamp[i] = fSig;
454     et[i]   = 0.0;
455   }
456
457   TGraphErrors *gr = new TGraphErrors(fNfit, fTfit,fAmpfit, et,eamp);
458   gr->Draw("Ap");
459   gr->SetTitle(Form("Fast Fit : #chi^{2}/ndf = %8.2f / %i", GetChi2(), GetNDF()));
460   gr->GetHistogram()->SetXTitle(" time bin ");
461   gr->GetHistogram()->SetYTitle(" amplitude ");
462
463   if(fStdFun==0) {
464      fStdFun = new TF1("stdFun", StdResponseFunction, 0., fTfit[fNfit-1]+2., 5);    
465      fStdFun->SetParNames("amp","t0","tau","N","ped");
466   }
467   fStdFun->SetParameter(0, GetEnergy());
468   fStdFun->SetParameter(1, GetTime() + GetTau());
469   fStdFun->SetParameter(2, GetTau());  // 
470   fStdFun->SetParameter(3, GetN());    // 2
471   fStdFun->SetParameter(4, 0.);  // 
472   
473   fStdFun->SetLineColor(kBlue);
474   fStdFun->SetLineWidth(1);
475
476   fStdFun->Draw("same");
477
478   delete [] eamp;
479   delete [] et;
480
481   c->Update();
482
483   return c;
484 }
485
486 Double_t AliCaloFastAltroFitv0::StdResponseFunction(const Double_t *x, const Double_t *par)
487 {
488   // Static Standard Response Function : 
489   // look to Double_t AliEMCALRawUtils::RawResponseFunction(Double_t *x, Double_t *par)
490   // Using for drawing only.
491   // 
492   // Shape of the electronics raw reponse:
493   // It is a semi-gaussian, 2nd order Gamma function (n=2) of the general form
494   //
495   // t' = (t - t0 + tau) / tau
496   // F = A * t**N * exp( N * ( 1 - t) )   for t >= 0
497   // F = 0                                for t < 0 
498   //
499   // parameters:
500   // A:   par[0]   // Amplitude = peak value
501   // t0:  par[1]
502   // tau: par[2]
503   // N:   par[3]
504   // ped: par[4]
505   //
506   static Double_t signal , tau, n, ped, xx;
507
508   tau = par[2];
509   n   = par[3];
510   ped = par[4];
511   xx = ( x[0] - par[1] + tau ) / tau ;
512
513   if (xx <= 0) 
514     signal = ped ;  
515   else {  
516     signal = ped + par[0] * TMath::Power(xx , n) * TMath::Exp(n * (1 - xx )) ; 
517   }
518   return signal ;  
519 }