STEER/STEERBase/AliTRDNDFast.cxx

   1 // Author: Daniel.Lohner@cern.ch
   2
   3 #include "AliTRDNDFast.h"
   4 #include "TCanvas.h"
   5
   6 extern Double_t langaufunc(Double_t *x, Double_t *par) {
   7
   8     // needs protection, parameter [3]>0!!!!!
   9     // needs protection, parameter [4]>0!!!!!
  10
  11     //Fit parameters:
  12     //par[0]=Width (scale) parameter of Landau density
  13     //par[1]=Most Probable (MP, location) parameter of Landau density
  14     //par[2]=Total area (integral -inf to inf, normalization constant)
  15     //par[3]=Width (sigma) of convoluted Gaussian function
  16     //par[4]=Exponential Slope Parameter
  17     //
  18     //In the Landau distribution (represented by the CERNLIB approximation),
  19     //the maximum is located at x=-0.22278298 with the location parameter=0.
  20     //This shift is corrected within this function, so that the actual
  21     //maximum is identical to the MP parameter.
  22
  23     // Numeric constants
  24     Double_t invsq2pi = 0.3989422804014;   // (2 pi)^(-1/2)
  25     Double_t mpshift  = -0.22278298;       // Landau maximum location
  26
  27     // Control constants
  28     Double_t np = 100.0;      // number of convolution stpdf
  29     Double_t sc =   5.0;      // convolution extends to +-sc Gaussian sigmas
  30
  31     // Variables
  32     Double_t xx;
  33     Double_t mpc;
  34     Double_t fland;
  35     Double_t sum = 0.0;
  36     Double_t xlow,xupp;
  37     Double_t step;
  38     Double_t i;
  39
  40     // MP shift correction
  41     mpc = par[1] - mpshift * par[0];
  42
  43     // Range of convolution integral
  44     xlow = x[0] - sc * par[3];
  45     xupp = x[0] + sc * par[3];
  46
  47     if(xlow<0)xlow=0;
  48     if(xupp<xlow)cout<<"ERROR: Convolution around Negative MPV"<<endl;
  49
  50     step = (xupp-xlow) / np;
  51
  52     // Convolution integral of Landau and Gaussian by sum
  53     for(i=1.0; i<=np/2; i++) {
  54         xx = xlow + (i-.5) * step;
  55         fland = TMath::Landau(xx,mpc,par[0])*TMath::Exp(-par[4]*xx) / par[0];   // mpc taken out
  56         sum += fland * TMath::Gaus(x[0],xx,par[3]);
  57
  58         xx = xupp - (i-.5) * step;
  59         fland = TMath::Landau(xx,mpc,par[0])*TMath::Exp(-par[4]*xx) / par[0];   // mpc taken out
  60         sum += fland * TMath::Gaus(x[0],xx,par[3]);
  61     }
  62
  63     return (par[2] * step * sum * invsq2pi / par[3]);
  64 }
  65
  66
  67
  68 ClassImp(AliTRDNDFast);
  69
  70 AliTRDNDFast::AliTRDNDFast(): TObject(),
  71     fNDim(0),
  72     fTitle(""),
  73     fFunc(NULL),
  74     fHistos(NULL),
  75     fPars()
  76 {
  77     // default constructor
  78 }
  79
  80 AliTRDNDFast::AliTRDNDFast(const char *name,Int_t ndim,Int_t nbins,Double_t xlow,Double_t xup): TObject(),
  81 fNDim(ndim),
  82 fTitle(name),
  83 fFunc(NULL),
  84 fHistos(NULL),
  85 fPars()
  86 {
  87     Init();
  88     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
  89         fHistos[idim]=new TH1F(Form("%s_axis_%d",fTitle.Data(),idim),Form("%s_axis_%d",fTitle.Data(),idim),nbins,xlow,xup);
  90         fHistos[idim]->SetDirectory(0);
  91     }
  92 }
  93
  94 AliTRDNDFast::AliTRDNDFast(const AliTRDNDFast &ref) : TObject(ref),
  95 fNDim(ref.fNDim),
  96 fTitle(ref.fTitle),
  97 fFunc(NULL),
  98 fHistos(NULL),
  99 fPars()
 100 {
 101     Cleanup();
 102     Init();
 103     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 104         fHistos[idim]=(TH1F*)ref.fHistos[idim]->Clone(Form("%s_axis_%d",GetName(),idim));
 105         fHistos[idim]->SetDirectory(0);
 106         for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++)fPars[idim][ipar]=ref.fPars[idim][ipar];
 107     }
 108 }
 109
 110 AliTRDNDFast &AliTRDNDFast::operator=(const AliTRDNDFast &ref){
 111     //
 112     // Assignment operator
 113     //
 114     if(this != &ref){
 115         TObject::operator=(ref);
 116         fNDim=ref.fNDim;
 117         fTitle=ref.fTitle;
 118         fFunc = ref.fFunc;
 119         for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 120           fHistos[idim]=(TH1F*)ref.fHistos[idim]->Clone(Form("%s_axis_%d",GetName(),idim));
 121           fHistos[idim]->SetDirectory(0);
 122           for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++)fPars[idim][ipar]=ref.fPars[idim][ipar];
 123         }
 124     }
 125     return *this;
 126 }
 127
 128 AliTRDNDFast::~AliTRDNDFast(){
 129     Cleanup();
 130
 131 }
 132
 133 void AliTRDNDFast::Init(){
 134
 135     for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++)fPars[ipar].Set(fNDim);
 136     fFunc=new TF1*[fNDim];
 137     fHistos=new TH1F*[fNDim];
 138     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 139         fHistos[idim]=NULL;
 140         for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++)fPars[ipar].SetAt(0,idim);
 141         fFunc[idim]=NULL;
 142     }
 143 }
 144
 145 void AliTRDNDFast::Cleanup(){
 146     if(fHistos){
 147         for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 148             if(fHistos[idim]){
 149                 delete fHistos[idim];
 150                 fHistos[idim]=NULL;
 151             }
 152         }
 153         delete[] fHistos;
 154         fHistos=NULL;
 155     }
 156     if(fPars){
 157         for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++){
 158             fPars[ipar].Reset();
 159         }
 160     }
 161     if(fFunc){
 162         for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 163             if(fFunc[idim]){
 164                 delete fFunc[idim];
 165                 fFunc[idim]=NULL;
 166             }
 167         }
 168         delete[] fFunc;
 169         fFunc=NULL;
 170     }
 171 }
 172
 173 void AliTRDNDFast::PrintPars(){
 174     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 175         for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++)cout<<idim<<" "<<ipar<<" "<<GetParam(idim,ipar)<<endl;
 176     }
 177 }
 178
 179 void AliTRDNDFast::ScaleLangauFun(TF1 *func,Double_t mpv){
 180
 181     Double_t start[kNpar],low[kNpar],high[kNpar];
 182     for(Int_t ii=0;ii<kNpar;ii++){
 183         start[ii]=func->GetParameter(ii);
 184         func->GetParLimits(ii,low[ii],high[ii]);
 185     }
 186
 187     Double_t scalefactor=mpv/start[1];
 188
 189     for(Int_t ii=0;ii<kNpar;ii++){
 190         Double_t scale=1;
 191         if(ii==0||ii==1||ii==3)scale=scalefactor;
 192         if(ii==4)scale=1./scalefactor;
 193         start[ii]*=scale;
 194         low[ii]*=scale;
 195         high[ii]*=scale;
 196         func->SetParLimits(ii, low[ii], high[ii]);
 197     }
 198     func->SetParameters(start);
 199 }
 200
 201 //---------------------------------------------------------------
 202 //---------------------------------------------------------------
 203 TF1 *AliTRDNDFast::GetLangauFun(TString funcname,Double_t range[2],Double_t scalefactor){
 204
 205     Double_t start[kNpar] = {120, 1000, 1, 100, 1e-5};
 206     Double_t low[kNpar] = {10, 300, 0.01, 1, 0.};
 207     Double_t high[kNpar] = {1000, 3000, 100, 1000, 1.};
 208
 209     TF1 *hlandauE=new TF1(funcname.Data(),langaufunc,0,range[1],kNpar);
 210     hlandauE->SetParameters(start);
 211     hlandauE->SetParNames("Width","MP","Area","GSigma","delta");
 212     for (int i=0; i<kNpar; i++) {
 213         hlandauE->SetParLimits(i, low[i], high[i]);
 214     }
 215
 216     if(scalefactor!=1){ScaleLangauFun(hlandauE,scalefactor*start[1]);}
 217
 218     return hlandauE;
 219 }
 220
 221 TF1 *AliTRDNDFast::FitLandau(TString name,TH1F *htemp,Double_t range[2],TString option){
 222
 223     TF1 *fitlandau1D=GetLangauFun(name,range);
 224     TF1 fit("land","landau");
 225     Double_t max=htemp->GetXaxis()->GetBinCenter(htemp->GetMaximumBin());
 226     fit.SetParameter(1,max);
 227     fit.SetParLimits(1,0,htemp->GetXaxis()->GetXmax());
 228     fit.SetParameter(2,0.3*max); // MPV may never become negative!!!!!
 229     htemp->Fit("land",option.Data(),"",range[0],range[1]);
 230     ScaleLangauFun(fitlandau1D,fit.GetParameter(1));
 231     htemp->Fit(fitlandau1D,option.Data(),"",range[0],range[1]); // range for references
 232     return fitlandau1D;
 233 }
 234
 235 void AliTRDNDFast::BuildHistos(){
 236
 237     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 238         fHistos[idim]->Reset();
 239         // Fill Histo
 240         Double_t pars[kNpar];
 241         for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++)pars[ipar]=GetParam(idim,ipar);
 242         // Also Fill overflow bins!!!
 243         for(Int_t ii=1;ii<=fHistos[idim]->GetNbinsX()+1;ii++){
 244             Double_t xval=fHistos[idim]->GetXaxis()->GetBinCenter(ii);
 245             Double_t val=langaufunc(&xval,&pars[0]);
 246             //Double_t val=fFunc[idim]->Eval(xval);
 247             fHistos[idim]->SetBinContent(ii,val);
 248         }
 249         // Normalization
 250         fHistos[idim]->Scale(1./fHistos[idim]->Integral(1,fHistos[idim]->GetNbinsX(),"width"));
 251     }
 252 }
 253
 254 void AliTRDNDFast::Build(Double_t **pars){
 255     // pars[ndim][npar]
 256     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 257         for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++){
 258             fPars[ipar].SetAt(pars[idim][ipar],idim);
 259         }
 260     }
 261     BuildHistos();
 262 }
 263
 264
 265 void AliTRDNDFast::Build(TH1F **hdEdx,TString path){
 266
 267     Double_t range[2];
 268
 269     TCanvas *CANV=new TCanvas("a","a");
 270     if(fNDim==2)CANV->Divide(2,1);
 271     if(fNDim==3)CANV->Divide(2,2);
 272     if(fNDim>6)CANV->Divide(3,3);
 273     // Fit and Extract Parameters
 274     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 275         CANV->cd(idim+1);
 276         gPad->SetLogy();
 277         range[0]=hdEdx[idim]->GetXaxis()->GetXmin();
 278         range[1]=hdEdx[idim]->GetXaxis()->GetXmax();
 279         // Norm Histogram
 280         hdEdx[idim]->Scale(1./hdEdx[idim]->Integral(1,hdEdx[idim]->GetNbinsX(),"width"));
 281         // Fit Histogram
 282         fFunc[idim]=FitLandau(Form("fit%d",idim),hdEdx[idim],range,"RMB0");
 283         // Norm Landau
 284         fFunc[idim]->SetParameter(2,fFunc[idim]->GetParameter(2)/fFunc[idim]->Integral(range[0],range[1]));
 285         hdEdx[idim]->DrawCopy();
 286         fFunc[idim]->DrawCopy("same");
 287         // Set Pars
 288         for(Int_t ipar=0;ipar<kNpar;ipar++)fPars[ipar].SetAt(fFunc[idim]->GetParameter(ipar),idim);
 289     }
 290     if(path!="")CANV->Print(Form("%s/%s_Build.pdf",path.Data(),fTitle.Data()));
 291     delete CANV;
 292
 293     BuildHistos();
 294 }
 295
 296 Double_t AliTRDNDFast::Eval(Double_t *point) const{
 297     Double_t val=1;
 298     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 299         Int_t bin=fHistos[idim]->GetXaxis()->FindBin(point[idim]);
 300         val*=fHistos[idim]->GetBinContent(bin);
 301     }
 302     return val;
 303 }
 304
 305 void AliTRDNDFast::Random(Double_t *point) const{
 306     for(Int_t idim=0;idim<fNDim;idim++){
 307         point[idim]=fHistos[idim]->GetRandom();
 308     }
 309 }
 310
 311 void AliTRDNDFast::Random(Double_t *point,AliTRDNDFast *nd0,AliTRDNDFast *nd1,Double_t w0,Double_t w1){
 312     for(Int_t idim=0;idim<nd0->fNDim;idim++){
 313         point[idim]=GetRandomInterpolation(nd0->fHistos[idim],nd1->fHistos[idim],w0,w1);
 314     }
 315 }
 316
 317 Int_t AliTRDNDFast::BinarySearchInterpolation(Int_t start,Int_t end,Double_t *a0,Double_t *a1,Double_t w0,Double_t w1,Double_t val){
 318
 319     if((end-start)==1)return start;
 320     Int_t mid=Int_t((end+start)/2);
 321     Double_t valmid=(w0*a0[mid]+w1*a1[mid])/(w0+w1);
 322     if(val>=valmid)return BinarySearchInterpolation(mid,end,a0,a1,w0,w1,val);
 323     return BinarySearchInterpolation(start,mid,a0,a1,w0,w1,val);
 324 }
 325
 326 Double_t AliTRDNDFast::GetRandomInterpolation(TH1F *hist0,TH1F *hist1,Double_t w0,Double_t w1){
 327
 328     // Draw Random Variable
 329     Double_t rand=gRandom->Rndm();
 330
 331     // Get Integral Arrays
 332     Double_t *integral0=hist0->GetIntegral();
 333     Double_t *integral1=hist1->GetIntegral();
 334
 335     Int_t nbinsX=hist0->GetNbinsX();
 336
 337     Int_t ibin=BinarySearchInterpolation(1,nbinsX+1,integral0,integral1,w0,w1,rand);
 338     return hist0->GetXaxis()->GetBinCenter(ibin);
 339 }
 340
 341
 342