e22e715c50a1ea324b2370ccc2eb98df4c9a41e9
[u/mrichter/AliRoot.git] / RICH / AliRICHClusterFinder.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
17 #include "AliRICHClusterFinder.h"
18 #include "AliRICHMap.h"
19 #include <TMinuit.h>
20 #include <TParticle.h>
21 #include <TVector3.h>
22 #include <AliLoader.h>
23 #include <AliStack.h>
24 #include <AliRun.h>
25
26 void RICHMinMathieson(Int_t &npar, Double_t *gin, Double_t &chi2, Double_t *par, Int_t iflag);
27
28 ClassImp(AliRICHClusterFinder)
29 //__________________________________________________________________________________________________
30 AliRICHClusterFinder::AliRICHClusterFinder(AliRICH *pRICH)   
31 {//main ctor
32   fRICH = pRICH;
33   AliDebug(1,"main ctor Start.");
34   
35   fDigitMap = 0;
36   fRawCluster.Reset();
37   fResolvedCluster.Reset();
38   AliDebug(1,"main ctor Stop.");
39 }//main ctor
40 //__________________________________________________________________________________________________
41 void AliRICHClusterFinder::Exec()
42 {
43 //Main method of cluster finder. Loops on  events and chambers, everything else is done in FindClusters()  
44   AliDebug(1,"Exec Start.");
45     
46   R()->GetLoader()                ->LoadDigits();   
47 //  R()->GetLoader()->GetRunLoader()->LoadHeader(); 
48   R()->GetLoader()->GetRunLoader()->LoadKinematics(); //header is already loaded
49
50   for(Int_t iEventN=0;iEventN<gAlice->GetEventsPerRun();iEventN++){//events loop
51     AliDebug(1,Form("Processing event %i...",iEventN));
52     R()->GetLoader()->GetRunLoader()->GetEvent(iEventN);
53     
54     R()->GetLoader()->MakeTree("R");  R()->MakeBranch("R");
55     R()->ResetDigits();               R()->ResetClusters();
56     
57     R()->GetLoader()->TreeD()->GetEntry(0);
58     for(Int_t iChamber=1;iChamber<=kNchambers;iChamber++){//chambers loop
59       FindClusters(iChamber);
60     }//chambers loop
61     R()->GetLoader()->TreeR()->Fill();  R()->GetLoader()->WriteRecPoints("OVERWRITE");//write out clusters for current event
62   }//events loop  
63   
64   R()->ResetDigits();//reset and unload everything
65   R()->ResetClusters();
66   R()->GetLoader()                ->UnloadDigits(); 
67   R()->GetLoader()                ->UnloadRecPoints();  
68 //  R()->GetLoader()->GetRunLoader()->UnloadHeader();
69   R()->GetLoader()->GetRunLoader()->UnloadKinematics();
70
71   AliDebug(1,"Stop.");      
72 }//Exec()
73 //__________________________________________________________________________________________________
74 void AliRICHClusterFinder::FindClusters(Int_t iChamber)
75 {
76 //Loops on digits for a given chamber, forms raw clusters, then tries to resolve them if requested
77   Int_t iNdigits=R()->Digits(iChamber)->GetEntriesFast();
78   AliDebug(1,Form("Start for chamber %i with %i digits.",iChamber,iNdigits));  
79   
80   if(iNdigits==0)return;//no digits for a given chamber, nothing to do
81
82   fDigitMap=new AliRICHMap(R()->Digits(iChamber));//create digit map for the given chamber
83
84   for(Int_t iDigN=0;iDigN<iNdigits;iDigN++){//digits loop for a given chamber    
85     AliRICHdigit *dig=(AliRICHdigit*)R()->Digits(iChamber)->At(iDigN);
86     Int_t i=dig->X();   Int_t j=dig->Y();
87     if(fDigitMap->TestHit(i,j)==kUsed) continue;//this digit is already taken, go after next digit
88         
89     FormRawCluster(i,j);//form raw cluster starting from (i,j) pad 
90     AliDebug(1,"After FormRawCluster:");ToAliDebug(1,fRawCluster.Print());  
91     FindLocalMaxima();  //find number of local maxima and initial center of gravity
92     AliDebug(1,"After FindLocalMaxima:");ToAliDebug(1,fRawCluster.Print());  
93     
94     if(AliRICHParam::IsResolveClusters()&&fRawCluster.Size()>1&&fRawCluster.Size()<6){
95       FitCoG(); //serialization of resolved clusters will happen inside
96     }else{//cluster size=1 or resolving is switched off
97       WriteRawCluster();//simply output the formed raw cluster without deconvolution
98     }
99     fRawCluster.Reset(); fResolvedCluster.Reset();
100   }//digits loop for a given chamber
101
102   delete fDigitMap;
103   
104   AliDebug(1,"Stop.");  
105 }//FindClusters()
106 //__________________________________________________________________________________________________
107 void AliRICHClusterFinder::FindClusterContribs(AliRICHcluster *pCluster)
108 {
109 //Finds cerenkov-feedback-mip mixture for a given cluster
110   AliDebug(1,"Start.");ToAliDebug(1,pCluster->Print());
111   
112   TObjArray *pDigits = pCluster->Digits();
113   if(!pDigits) return; //??????????
114   Int_t iNmips=0,iNckovs=0,iNfeeds=0;
115   TArrayI contribs(3*pCluster->Size());
116   Int_t *pindex = new Int_t[3*pCluster->Size()];
117   for(Int_t iDigN=0;iDigN<pCluster->Size();iDigN++) {//loop on digits of a given cluster
118     contribs[3*iDigN]  =((AliRICHdigit*)pDigits->At(iDigN))->GetTrack(0);
119     if (contribs[3*iDigN] >= 10000000) contribs[3*iDigN] = 0;
120     contribs[3*iDigN+1]=((AliRICHdigit*)pDigits->At(iDigN))->GetTrack(1);
121     if (contribs[3*iDigN+1] >= 10000000) contribs[3*iDigN+1] = 0;
122     contribs[3*iDigN+2]=((AliRICHdigit*)pDigits->At(iDigN))->GetTrack(2);
123     if (contribs[3*iDigN+2] >= 10000000) contribs[3*iDigN+2] = 0;
124   }//loop on digits of a given cluster
125   TMath::Sort(contribs.GetSize(),contribs.GetArray(),pindex);
126   for(Int_t iDigN=0;iDigN<3*pCluster->Size()-1;iDigN++) {//loop on digits to sort tids
127     AliDebug(1,Form("%4i for digit n. %4i",contribs[pindex[iDigN]],iDigN));
128     if(contribs[pindex[iDigN]]!=contribs[pindex[iDigN+1]]) {
129       TParticle* particle = R()->GetLoader()->GetRunLoader()->Stack()->Particle(contribs[pindex[iDigN]]);
130       Int_t code   = particle->GetPdgCode();
131       Double_t charge = 0;
132       if(particle->GetPDG()) charge=particle->GetPDG()->Charge();
133       AliDebug(1,Form(" charge of particle %f",charge));
134
135       if(code==50000050) iNckovs++;
136       if(code==50000051) iNfeeds++;
137       if(charge!=0) iNmips++;
138     }
139   }//loop on digits to sort Tid
140   
141   if (contribs[pindex[3*pCluster->Size()-1]]!=kBad) {
142
143      TParticle* particle = R()->GetLoader()->GetRunLoader()->Stack()->Particle(contribs[pindex[3*pCluster->Size()-1]]);
144      Int_t code   = particle->GetPdgCode();
145      Double_t charge = 0;
146      if(particle->GetPDG()) charge=particle->GetPDG()->Charge();
147      AliDebug(1,Form(" charge of particle %f",charge));
148      if(code==50000050) iNckovs++;
149      if(code==50000051) iNfeeds++;
150      if(charge!=0) iNmips++;
151   }
152     
153   pCluster->CFM(iNckovs,iNfeeds,iNmips);
154 //  
155   delete [] pindex; 
156   ToAliDebug(1,pCluster->Print());
157   AliDebug(1,"Stop.");
158 }//FindClusterContribs()
159 //__________________________________________________________________________________________________
160 void  AliRICHClusterFinder::FormRawCluster(Int_t i, Int_t j)
161 {
162 //Builds the raw cluster (before deconvolution). Starts from the first pad (i,j) then calls itself recursevly  for all neighbours.
163   AliDebug(1,Form("Start with digit(%i,%i) Q=%f",i,j,((AliRICHdigit*)fDigitMap->GetHit(i,j))->Q()));
164   
165   fRawCluster.AddDigit((AliRICHdigit*) fDigitMap->GetHit(i,j));//take this pad in cluster
166   fDigitMap->FlagHit(i,j);//flag this pad as taken  
167
168   Int_t listX[4], listY[4];    //  Now look recursively for all neighbours
169   for (Int_t iNei=0;iNei<R()->P()->PadNeighbours(i,j,listX,listY);iNei++)
170     if(fDigitMap->TestHit(listX[iNei],listY[iNei])==kUnused) FormRawCluster(listX[iNei],listY[iNei]);    
171 }//FormRawCluster()
172 //__________________________________________________________________________________________________
173 void AliRICHClusterFinder::FindLocalMaxima()
174 {
175 //find number of local maxima in the current raw cluster and then calculates initial center of gravity
176   fNlocals=0;
177   for(Int_t iDig1=0;iDig1<fRawCluster.Size();iDig1++) {
178     Int_t iNotMax = 0;
179     AliRICHdigit *pDig1 = (AliRICHdigit *)fRawCluster.Digits()->At(iDig1);
180     TVector pad1 = pDig1->Pad();
181     Int_t padQ1 = (Int_t)(pDig1->Q()+0.1);
182     Int_t padC1 = pDig1->ChFbMi();
183     for(Int_t iDig2=0;iDig2<fRawCluster.Size();iDig2++) {
184       AliRICHdigit *pDig2 = (AliRICHdigit *)fRawCluster.Digits()->At(iDig2);
185       TVector pad2 = pDig2->Pad();
186       Int_t padQ2 = (Int_t)(pDig2->Q()+0.1);
187       if(iDig1==iDig2) continue;
188       Int_t diffx = TMath::Sign(Int_t(pad1[0]-pad2[0]),1);
189       Int_t diffy = TMath::Sign(Int_t(pad1[1]-pad2[1]),1);
190       if((diffx+diffy)<=1) {
191          if(padQ2>=padQ1) iNotMax++;
192       }
193     }
194     if(iNotMax==0) {
195       TVector2 x2=AliRICHParam::Pad2Loc(pad1);
196       fLocalX[fNlocals]=x2.X();fLocalY[fNlocals]=x2.Y();
197       fLocalQ[fNlocals] = (Double_t)padQ1;
198       fLocalC[fNlocals] = padC1;
199       fNlocals++;
200     }
201   }
202   fRawCluster.CoG(fNlocals); //first initial approximation of the CoG...to start minimization.
203 }//FindLocalMaxima()
204 //__________________________________________________________________________________________________
205 void AliRICHClusterFinder::WriteRawCluster()
206 {
207 //Add the current raw cluster to the list of clusters
208   AliDebug(1,"Start.");
209   
210   FindClusterContribs(&fRawCluster);  
211   R()->AddCluster(fRawCluster);
212   
213   ToAliDebug(1,fRawCluster.Print()); AliDebug(1,"Stop."); 
214 }//WriteRawCluster()
215 //__________________________________________________________________________________________________
216 void AliRICHClusterFinder::WriteResolvedCluster()
217 {
218 //Add the current resolved cluster to the list of clusters
219   AliDebug(1,"Start.");
220   
221   FindClusterContribs(&fResolvedCluster);  
222   R()->AddCluster(fResolvedCluster);
223   
224   ToAliDebug(1,fResolvedCluster.Print()); AliDebug(1,"Stop.");  
225 }//WriteResolvedCluster()
226 //__________________________________________________________________________________________________
227 void AliRICHClusterFinder::FitCoG()
228 {
229 //Fits cluster of size  by the corresponding number of Mathieson shapes.
230 //This methode is only invoked in case everything is ok to start deconvolution  
231   AliDebug(1,"Start with:"); ToAliDebug(1,fRawCluster.Print());
232   
233   Double_t arglist;
234   Int_t ierflag = 0;
235
236   TMinuit *pMinuit = new TMinuit(3*fNlocals-1);
237   pMinuit->mninit(5,10,7);
238   
239   arglist = -1;
240   pMinuit->mnexcm("SET PRI",&arglist, 1, ierflag);
241   pMinuit->mnexcm("SET NOW",&arglist, 0, ierflag);
242   
243   TString chname;
244   Int_t ierflg;
245   
246   pMinuit->SetObjectFit((TObject*)this);
247   pMinuit->SetFCN(RICHMinMathieson);
248   
249   Double_t vstart,lower, upper;
250   Double_t stepX= 0.001;
251   Double_t stepY= 0.001;
252   Double_t stepQ= 0.0001;
253   
254   for(Int_t i=0;i<fNlocals;i++) {
255     vstart   = fLocalX[i];
256     lower    = vstart - 2*AliRICHParam::PadSizeX();
257     upper    = vstart + 2*AliRICHParam::PadSizeX();
258     pMinuit->mnparm(3*i  ,Form("xCoG  %i",i),vstart,stepX,lower,upper,ierflag);
259     vstart   = fLocalY[i];
260     lower    = vstart - 2*AliRICHParam::PadSizeY();
261     upper    = vstart + 2*AliRICHParam::PadSizeY();
262     pMinuit->mnparm(3*i+1,Form("yCoG  %i",i),vstart,stepY,lower,upper,ierflag);
263     if(i==fNlocals-1) break;                    // last parameter is constrained
264     vstart = fLocalQ[i]/fRawCluster.Q();
265     lower  = 0;
266     upper  = 1;
267     pMinuit->mnparm(3*i+2,Form("qfrac %i",i),vstart,stepQ,lower,upper,ierflag);
268   }
269   
270   arglist = -1;
271   pMinuit->mnexcm("SET NOGR",&arglist, 1, ierflag);
272   arglist = 1;
273   pMinuit->mnexcm("SET ERR", &arglist, 1,ierflg);
274   arglist = -1;
275   pMinuit->mnexcm("SIMPLEX",&arglist, 0, ierflag);
276   pMinuit->mnexcm("MIGRAD",&arglist, 0, ierflag);
277   pMinuit->mnexcm("EXIT" ,&arglist, 0, ierflag);
278
279   Double_t xCoG[50],yCoG[50],qfracCoG[50];
280   Double_t eps, b1, b2;
281
282   Double_t qfraclast=0;  
283   for(Int_t i=0;i<fNlocals;i++) {
284     pMinuit->mnpout(3*i  ,chname,     xCoG[i], eps , b1, b2, ierflg);
285     pMinuit->mnpout(3*i+1,chname,     yCoG[i], eps , b1, b2, ierflg);
286     if(i==fNlocals-1) break;
287     pMinuit->mnpout(3*i+2,chname, qfracCoG[i], eps , b1, b2, ierflg);
288     qfraclast+=qfracCoG[i];
289    }
290   qfracCoG[fNlocals-1] = 1 - qfraclast;
291   delete pMinuit;
292
293   for(Int_t i=0;i<fNlocals;i++){//resolved positions loop
294     fResolvedCluster.Fill(&fRawCluster,xCoG[i],yCoG[i],qfracCoG[i],fLocalC[i]);
295     WriteResolvedCluster();
296   }
297   AliDebug(1,"Stop.");
298 }//FitCoG()
299 //__________________________________________________________________________________________________
300 void RICHMinMathieson(Int_t &npar, Double_t *, Double_t &chi2, Double_t *par, Int_t )
301 {
302 //Mathieson minimization function 
303   
304   AliRICHcluster *pRawCluster = ((AliRICHClusterFinder*)gMinuit->GetObjectFit())->GetRawCluster();
305
306   TVector2 centroid[50];
307   Double_t q[50];
308   Int_t nFunctions = (npar+1)/3;
309   Double_t qfract = 0;
310   for(Int_t i=0;i<nFunctions;i++) {
311     centroid[i].Set(par[3*i],par[3*i+1]);
312     if(i==nFunctions-1) break;
313     q[i]=par[3*i+2];
314     qfract+=q[i];
315   }
316   q[nFunctions-1] = 1 - qfract;
317     
318   chi2 = 0;
319   Int_t qtot = pRawCluster->Q();
320   for(Int_t i=0;i<pRawCluster->Size();i++) {
321     TVector  pad=((AliRICHdigit *)pRawCluster->Digits()->At(i))->Pad();
322     Double_t padQ = ((AliRICHdigit *)pRawCluster->Digits()->At(i))->Q();
323     Double_t qfracpar=0;
324     for(Int_t j=0;j<nFunctions;j++) {
325       qfracpar += q[j]*AliRICHParam::FracQdc(centroid[j],pad);
326     }
327     chi2 += TMath::Power((qtot*qfracpar-padQ),2)/padQ;
328   }     
329 }//RICHMinMathieson()
330 //__________________________________________________________________________________________________