Changes suggested by Alessandra and Paolo to avoid overlapped
[u/mrichter/AliRoot.git] / TPC / AliTPCtracker.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 $Log$
18 Revision 1.4  2000/11/02 07:27:16  kowal2
19 code corrections
20
21 Revision 1.2  2000/06/30 12:07:50  kowal2
22 Updated from the TPC-PreRelease branch
23
24 Revision 1.1.2.1  2000/06/25 08:53:55  kowal2
25 Splitted from AliTPCtracking
26
27 */
28
29 //-------------------------------------------------------
30 //          Implementation of the TPC tracker
31 //
32 //   Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch 
33 //-------------------------------------------------------
34
35 #include <TObjArray.h>
36 #include <TFile.h>
37 #include <TTree.h>
38 #include <iostream.h>
39
40 #include "AliTPCtracker.h"
41 #include "AliTPCcluster.h"
42 #include "AliTPCClustersArray.h"
43 #include "AliTPCClustersRow.h"
44
45 const AliTPCParam *AliTPCtracker::AliTPCSector::fgParam;
46
47 //_____________________________________________________________________________
48 Double_t SigmaY2(Double_t r, Double_t tgl, Double_t pt)
49 {
50   //
51   // Parametrised error of the cluster reconstruction (pad direction)   
52   //
53   // Sigma rphi
54   const Float_t kArphi=0.41818e-2;
55   const Float_t kBrphi=0.17460e-4;
56   const Float_t kCrphi=0.30993e-2;
57   const Float_t kDrphi=0.41061e-3;
58   
59   pt=TMath::Abs(pt)*1000.;
60   Double_t x=r/pt;
61   tgl=TMath::Abs(tgl);
62   Double_t s=kArphi - kBrphi*r*tgl + kCrphi*x*x + kDrphi*x;
63   if (s<0.4e-3) s=0.4e-3;
64   s*=1.3; //Iouri Belikov
65
66   return s;
67 }
68
69 //_____________________________________________________________________________
70 Double_t SigmaZ2(Double_t r, Double_t tgl) 
71 {
72   //
73   // Parametrised error of the cluster reconstruction (drift direction)
74   //
75   // Sigma z
76   const Float_t kAz=0.39614e-2;
77   const Float_t kBz=0.22443e-4;
78   const Float_t kCz=0.51504e-1;
79   
80
81   tgl=TMath::Abs(tgl);
82   Double_t s=kAz - kBz*r*tgl + kCz*tgl*tgl;
83   if (s<0.4e-3) s=0.4e-3;
84   s*=1.3; //Iouri Belikov
85
86   return s;
87 }
88
89 //_____________________________________________________________________________
90 inline Double_t f1(Double_t x1,Double_t y1,
91                    Double_t x2,Double_t y2,
92                    Double_t x3,Double_t y3) 
93 {
94   //-----------------------------------------------------------------
95   // Initial approximation of the track curvature
96   //-----------------------------------------------------------------
97   Double_t d=(x2-x1)*(y3-y2)-(x3-x2)*(y2-y1);
98   Double_t a=0.5*((y3-y2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1)-
99                   (y2-y1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2));
100   Double_t b=0.5*((x2-x1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2)-
101                   (x3-x2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1));
102
103   Double_t xr=TMath::Abs(d/(d*x1-a)), yr=d/(d*y1-b);
104
105   return -xr*yr/sqrt(xr*xr+yr*yr); 
106 }
107
108
109 //_____________________________________________________________________________
110 inline Double_t f2(Double_t x1,Double_t y1,
111                    Double_t x2,Double_t y2,
112                    Double_t x3,Double_t y3) 
113 {
114   //-----------------------------------------------------------------
115   // Initial approximation of the track curvature times center of curvature
116   //-----------------------------------------------------------------
117   Double_t d=(x2-x1)*(y3-y2)-(x3-x2)*(y2-y1);
118   Double_t a=0.5*((y3-y2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1)-
119                   (y2-y1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2));
120   Double_t b=0.5*((x2-x1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2)-
121                   (x3-x2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1));
122
123   Double_t xr=TMath::Abs(d/(d*x1-a)), yr=d/(d*y1-b);
124   
125   return -a/(d*y1-b)*xr/sqrt(xr*xr+yr*yr);
126 }
127
128 //_____________________________________________________________________________
129 inline Double_t f3(Double_t x1,Double_t y1, 
130                    Double_t x2,Double_t y2,
131                    Double_t z1,Double_t z2) 
132 {
133   //-----------------------------------------------------------------
134   // Initial approximation of the tangent of the track dip angle
135   //-----------------------------------------------------------------
136   return (z1 - z2)/sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2));
137 }
138
139 //_____________________________________________________________________________
140 Int_t AliTPCtracker::FindProlongation(AliTPCseed& t, const AliTPCSector *sec,
141 Int_t s, Int_t rf) 
142 {
143   //-----------------------------------------------------------------
144   // This function tries to find a track prolongation.
145   //-----------------------------------------------------------------
146   const Int_t kSKIP=(t.GetNumberOfClusters()<10) ? 
147                         10 : Int_t(0.5*sec->GetNRows());
148   Int_t tryAgain=kSKIP;
149   Double_t alpha=sec->GetAlpha();
150   Int_t ns=Int_t(2*TMath::Pi()/alpha+0.5);
151
152   for (Int_t nr=sec->GetRowNumber(t.GetX())-1; nr>=rf; nr--) {
153     Double_t x=sec->GetX(nr), ymax=sec->GetMaxY(nr);
154     if (!t.PropagateTo(x)) return 0;
155
156     AliTPCcluster *cl=0;
157     UInt_t index=0;
158     Double_t maxchi2=12.;
159     const AliTPCRow &krow=sec[s][nr];
160     Double_t sy2=SigmaY2(t.GetX(),t.GetTgl(),t.GetPt());
161     Double_t sz2=SigmaZ2(t.GetX(),t.GetTgl());
162     Double_t road=4.*sqrt(t.GetSigmaY2() + sy2), y=t.GetY(), z=t.GetZ();
163
164     if (road>30) {
165       if (t.GetNumberOfClusters()>4) 
166         cerr<<t.GetNumberOfClusters()
167         <<"FindProlongation warning: Too broad road !\n"; 
168       return 0;
169     }
170
171     if (krow) {
172       for (Int_t i=krow.Find(y-road); i<krow; i++) {
173         AliTPCcluster *c=(AliTPCcluster*)(krow[i]);
174         if (c->GetY() > y+road) break;
175         if (c->IsUsed()) continue;
176         if ((c->GetZ()-z)*(c->GetZ()-z) > 16.*(t.GetSigmaZ2()+sz2)) continue;
177         Double_t chi2=t.GetPredictedChi2(c);
178         if (chi2 > maxchi2) continue;
179         maxchi2=chi2;
180         cl=c;
181         index=krow.GetIndex(i);       
182       }
183     }
184     if (cl) {
185       Float_t l=sec->GetPadPitchWidth();
186       t.SetSampledEdx(cl->GetQ()/l,t.GetNumberOfClusters());
187       t.Update(cl,maxchi2,index);
188       tryAgain=kSKIP;
189     } else {
190       if (tryAgain==0) break;
191       if (y > ymax) {
192          s = (s+1) % ns;
193          if (!t.Rotate(alpha)) return 0;
194       } else if (y <-ymax) {
195          s = (s-1+ns) % ns;
196          if (!t.Rotate(-alpha)) return 0;
197       }
198       tryAgain--;
199     }
200   }
201
202   return 1;
203
204 }
205
206 //_____________________________________________________________________________
207 void 
208 AliTPCtracker::MakeSeeds(TObjArray& seeds,const AliTPCSector *sec, Int_t max,
209 Int_t i1, Int_t i2)
210 {
211   //-----------------------------------------------------------------
212   // This function creates track seeds.
213   //-----------------------------------------------------------------
214   Double_t x[5], c[15];
215
216   Double_t alpha=sec->GetAlpha(), shift=sec->GetAlphaShift();
217   Double_t cs=cos(alpha), sn=sin(alpha);
218
219   Double_t x1 =sec->GetX(i1);
220   Double_t xx2=sec->GetX(i2);
221
222   for (Int_t ns=0; ns<max; ns++) {
223     Int_t nl=sec[(ns-1+max)%max][i2];
224     Int_t nm=sec[ns][i2];
225     Int_t nu=sec[(ns+1)%max][i2];
226     const AliTPCRow& kr1=sec[ns][i1];
227     for (Int_t is=0; is < kr1; is++) {
228       Double_t y1=kr1[is]->GetY(), z1=kr1[is]->GetZ();
229       for (Int_t js=0; js < nl+nm+nu; js++) {
230         const AliTPCcluster *kcl;
231         Double_t x2,   y2,   z2;
232         Double_t x3=0.,y3=0.;
233
234         if (js<nl) {
235           const AliTPCRow& kr2=sec[(ns-1+max)%max][i2];
236           kcl=kr2[js];
237           y2=kcl->GetY(); z2=kcl->GetZ();
238           x2= xx2*cs+y2*sn;
239           y2=-xx2*sn+y2*cs;
240         } else 
241           if (js<nl+nm) {
242             const AliTPCRow& kr2=sec[ns][i2];
243             kcl=kr2[js-nl];
244             x2=xx2; y2=kcl->GetY(); z2=kcl->GetZ();
245           } else {
246             const AliTPCRow& kr2=sec[(ns+1)%max][i2];
247             kcl=kr2[js-nl-nm];
248             y2=kcl->GetY(); z2=kcl->GetZ();
249             x2=xx2*cs-y2*sn;
250             y2=xx2*sn+y2*cs;
251           }
252
253         Double_t zz=z1 - z1/x1*(x1-x2); 
254         if (TMath::Abs(zz-z2)>5.) continue;
255
256         Double_t d=(x2-x1)*(0.-y2)-(0.-x2)*(y2-y1);
257         if (d==0.) {cerr<<"MakeSeeds warning: Straight seed !\n"; continue;}
258
259         x[0]=y1;
260         x[1]=z1;
261         x[3]=f1(x1,y1,x2,y2,x3,y3);
262         if (TMath::Abs(x[3]) >= 0.0066) continue;
263         x[2]=f2(x1,y1,x2,y2,x3,y3);
264         //if (TMath::Abs(x[3]*x1-x[2]) >= 0.99999) continue;
265         x[4]=f3(x1,y1,x2,y2,z1,z2);
266         if (TMath::Abs(x[4]) > 1.2) continue;
267         Double_t a=asin(x[2]);
268         Double_t zv=z1 - x[4]/x[3]*(a+asin(x[3]*x1-x[2]));
269         if (TMath::Abs(zv)>10.) continue; 
270
271         Double_t sy1=kr1[is]->GetSigmaY2(), sz1=kr1[is]->GetSigmaZ2();
272         Double_t sy2=kcl->GetSigmaY2(),     sz2=kcl->GetSigmaZ2();
273         Double_t sy3=100*0.025, sy=0.1, sz=0.1;
274
275         Double_t f30=(f1(x1,y1+sy,x2,y2,x3,y3)-x[3])/sy;
276         Double_t f32=(f1(x1,y1,x2,y2+sy,x3,y3)-x[3])/sy;
277         Double_t f34=(f1(x1,y1,x2,y2,x3,y3+sy)-x[3])/sy;
278         Double_t f20=(f2(x1,y1+sy,x2,y2,x3,y3)-x[2])/sy;
279         Double_t f22=(f2(x1,y1,x2,y2+sy,x3,y3)-x[2])/sy;
280         Double_t f24=(f2(x1,y1,x2,y2,x3,y3+sy)-x[2])/sy;
281         Double_t f40=(f3(x1,y1+sy,x2,y2,z1,z2)-x[4])/sy;
282         Double_t f41=(f3(x1,y1,x2,y2,z1+sz,z2)-x[4])/sz;
283         Double_t f42=(f3(x1,y1,x2,y2+sy,z1,z2)-x[4])/sy;
284         Double_t f43=(f3(x1,y1,x2,y2,z1,z2+sz)-x[4])/sz;
285
286         c[0]=sy1;
287         c[1]=0.;       c[2]=sz1;
288         c[3]=f20*sy1;  c[4]=0.;       c[5]=f20*sy1*f20+f22*sy2*f22+f24*sy3*f24;
289         c[6]=f30*sy1;  c[7]=0.;       c[8]=f30*sy1*f20+f32*sy2*f22+f34*sy3*f24;
290                                       c[9]=f30*sy1*f30+f32*sy2*f32+f34*sy3*f34;
291         c[10]=f40*sy1; c[11]=f41*sz1; c[12]=f40*sy1*f20+f42*sy2*f22;
292         c[13]=f40*sy1*f30+f42*sy2*f32;
293         c[14]=f40*sy1*f40+f41*sz1*f41+f42*sy2*f42+f43*sz2*f43;
294
295         UInt_t index=kr1.GetIndex(is);
296         AliTPCseed *track=new AliTPCseed(index, x, c, x1, ns*alpha+shift);
297         Float_t l=sec->GetPadPitchWidth();
298         track->SetSampledEdx(kr1[is]->GetQ()/l,0);
299
300         Int_t rc=FindProlongation(*track,sec,ns,i2);
301         if (rc<0 || track->GetNumberOfClusters()<(i1-i2)/2) delete track;
302         else seeds.AddLast(track); 
303       }
304     }
305   }
306 }
307
308 //_____________________________________________________________________________
309 Int_t AliTPCtracker::Clusters2Tracks(const AliTPCParam *par, TFile *of) {
310   //-----------------------------------------------------------------
311   // This is a track finder.
312   //-----------------------------------------------------------------
313   TDirectory *savedir=gDirectory; 
314
315   if (!of->IsOpen()) {
316      cerr<<"AliTPCtracker::Clusters2Tracks(): output file not open !\n";
317      return 1;
318   }
319
320   AliTPCClustersArray carray;
321   carray.Setup(par);
322   carray.SetClusterType("AliTPCcluster");
323   carray.ConnectTree("Segment Tree");
324
325   of->cd();
326   TTree tracktree("TreeT","Tree with TPC tracks");
327   AliTPCtrack *iotrack=0;
328   tracktree.Branch("tracks","AliTPCtrack",&iotrack,32000,0);
329
330   AliTPCSector::SetParam(par);
331
332   const Int_t kNIS=par->GetNInnerSector()/2;
333   AliTPCSSector *ssec=new AliTPCSSector[kNIS];         
334   Int_t nlow=ssec->GetNRows();     
335
336   const Int_t kNOS=par->GetNOuterSector()/2;
337   AliTPCLSector *lsec=new AliTPCLSector[kNOS];
338   Int_t nup=lsec->GetNRows();
339     
340   //Load outer sectors
341   UInt_t index;
342   Int_t i,j;
343
344   j=Int_t(carray.GetTree()->GetEntries());
345   for (i=0; i<j; i++) {
346       AliSegmentID *s=carray.LoadEntry(i);
347       Int_t sec,row;
348       par->AdjustSectorRow(s->GetID(),sec,row);
349       if (sec<kNIS*2) continue;
350       AliTPCClustersRow *clrow=carray.GetRow(sec,row);
351       Int_t ncl=clrow->GetArray()->GetEntriesFast();
352       while (ncl--) {
353          AliTPCcluster *c=(AliTPCcluster*)(*clrow)[ncl];
354          index=(((sec<<8)+row)<<16)+ncl;
355          lsec[(sec-kNIS*2)%kNOS][row].InsertCluster(c,index);
356       }
357   }
358
359   //find track seeds
360   TObjArray seeds(20000);
361   Int_t nrows=nlow+nup;
362   Int_t gap=Int_t(0.125*nrows), shift=Int_t(0.5*gap);
363   MakeSeeds(seeds, lsec, kNOS, nup-1, nup-1-gap);
364   MakeSeeds(seeds, lsec, kNOS, nup-1-shift, nup-1-shift-gap);    
365   seeds.Sort();
366
367   //tracking in outer sectors
368   Int_t nseed=seeds.GetEntriesFast();
369   for (i=0; i<nseed; i++) {
370     AliTPCseed *pt=(AliTPCseed*)seeds.UncheckedAt(i), &t=*pt;
371     Double_t alpha=t.GetAlpha();
372     if (alpha > 2.*TMath::Pi()) alpha -= 2.*TMath::Pi();  
373     if (alpha < 0.            ) alpha += 2.*TMath::Pi();  
374     Int_t ns=Int_t(alpha/lsec->GetAlpha())%kNOS;
375
376     if (FindProlongation(t,lsec,ns)) {
377        t.UseClusters(&carray);
378        continue;
379     }
380     delete seeds.RemoveAt(i);
381   }  
382
383   //unload outer sectors
384   for (i=0; i<kNOS; i++) {
385       for (j=0; j<nup; j++) {
386           if (carray.GetRow(i+kNIS*2,j)) carray.ClearRow(i+kNIS*2,j);
387           if (carray.GetRow(i+kNIS*2+kNOS,j)) carray.ClearRow(i+kNIS*2+kNOS,j);
388       }
389   }
390
391   //load inner sectors
392   j=Int_t(carray.GetTree()->GetEntries());
393   for (i=0; i<j; i++) {
394       AliSegmentID *s=carray.LoadEntry(i);
395       Int_t sec,row;
396       par->AdjustSectorRow(s->GetID(),sec,row);
397       if (sec>=kNIS*2) continue;
398       AliTPCClustersRow *clrow=carray.GetRow(sec,row);
399       Int_t ncl=clrow->GetArray()->GetEntriesFast();
400       while (ncl--) {
401          AliTPCcluster *c=(AliTPCcluster*)(*clrow)[ncl];
402          index=(((sec<<8)+row)<<16)+ncl;
403          ssec[sec%kNIS][row].InsertCluster(c,index);
404       }
405   }
406
407   //tracking in inner sectors
408   Int_t found=0;
409   for (i=0; i<nseed; i++) {
410     AliTPCseed *pt=(AliTPCseed*)seeds.UncheckedAt(i), &t=*pt;
411     if (!pt) continue;
412     Int_t nc=t.GetNumberOfClusters();
413
414     Double_t alpha=t.GetAlpha() - ssec->GetAlphaShift();
415     if (alpha > 2.*TMath::Pi()) alpha -= 2.*TMath::Pi();
416     if (alpha < 0.            ) alpha += 2.*TMath::Pi();
417     Int_t ns=Int_t(alpha/ssec->GetAlpha())%kNIS;
418
419     alpha=ns*ssec->GetAlpha() + ssec->GetAlphaShift() - t.GetAlpha();
420
421     if (t.Rotate(alpha)) {
422        if (FindProlongation(t,ssec,ns)) {
423           if (t.GetNumberOfClusters() >= Int_t(0.4*nrows)) {
424              t.CookdEdx();
425              //t.CookLabel(&carray);
426              iotrack=pt;
427              tracktree.Fill();
428              t.UseClusters(&carray,nc);
429              cerr<<found++<<'\r';
430           }
431        }
432     }
433     delete seeds.RemoveAt(i); 
434   }  
435   tracktree.Write();
436
437   //unload inner sectors
438   for (i=0; i<kNIS; i++) {
439       for (j=0; j<nlow; j++) {
440           if (carray.GetRow(i,j)) carray.ClearRow(i,j);
441           if (carray.GetRow(i+kNIS,j)) carray.ClearRow(i+kNIS,j);
442       }
443   }
444
445   cerr<<"Number of found tracks : "<<found<<endl;
446
447   delete[] ssec;
448   delete[] lsec;
449
450   savedir->cd();
451
452   return 0;
453 }
454
455 //_________________________________________________________________________
456 void 
457 AliTPCtracker::AliTPCRow::InsertCluster(const AliTPCcluster* c, UInt_t index) {
458   //-----------------------------------------------------------------------
459   // Insert a cluster into this pad row in accordence with its y-coordinate
460   //-----------------------------------------------------------------------
461   if (fN==kMAXCLUSTER) {
462     cerr<<"AliTPCRow::InsertCluster(): Too many clusters !\n"; return;
463   }
464   if (fN==0) {fIndex[0]=index; fClusters[fN++]=c; return;}
465   Int_t i=Find(c->GetY());
466   memmove(fClusters+i+1 ,fClusters+i,(fN-i)*sizeof(AliTPCcluster*));
467   memmove(fIndex   +i+1 ,fIndex   +i,(fN-i)*sizeof(UInt_t));
468   fIndex[i]=index; fClusters[i]=c; fN++;
469 }
470
471 //___________________________________________________________________
472 Int_t AliTPCtracker::AliTPCRow::Find(Double_t y) const {
473   //-----------------------------------------------------------------------
474   // Return the index of the nearest cluster 
475   //-----------------------------------------------------------------------
476   if (y <= fClusters[0]->GetY()) return 0;
477   if (y > fClusters[fN-1]->GetY()) return fN;
478   Int_t b=0, e=fN-1, m=(b+e)/2;
479   for (; b<e; m=(b+e)/2) {
480     if (y > fClusters[m]->GetY()) b=m+1;
481     else e=m; 
482   }
483   return m;
484 }
485
486 //_____________________________________________________________________________
487 void AliTPCtracker::AliTPCseed::CookdEdx(Double_t low, Double_t up) {
488   //-----------------------------------------------------------------
489   // This funtion calculates dE/dX within the "low" and "up" cuts.
490   //-----------------------------------------------------------------
491   Int_t i;
492
493   Int_t swap;//stupid sorting
494   do {
495     swap=0;
496     for (i=0; i<fN-1; i++) {
497       if (fdEdxSample[i]<=fdEdxSample[i+1]) continue;
498       Float_t tmp=fdEdxSample[i];
499       fdEdxSample[i]=fdEdxSample[i+1]; fdEdxSample[i+1]=tmp;
500       swap++;
501     }
502   } while (swap);
503
504   Int_t nl=Int_t(low*fN), nu=Int_t(up*fN);
505   Float_t dedx=0;
506   for (i=nl; i<=nu; i++) dedx += fdEdxSample[i];
507   dedx /= (nu-nl+1);
508   SetdEdx(dedx);
509 }
510
511 //_____________________________________________________________________________
512 void AliTPCtracker::AliTPCseed::UseClusters(AliTPCClustersArray *ca, Int_t n) {
513   //-----------------------------------------------------------------
514   // This function marks clusters associated with this track.
515   //-----------------------------------------------------------------
516   Int_t sec,row,ncl;
517   for (Int_t i=n; i<fN; i++) {
518      GetCluster(i,sec,row,ncl);
519      AliTPCClustersRow *clrow=ca->GetRow(sec,row);
520      AliTPCcluster *c=(AliTPCcluster*)(*clrow)[ncl]; 
521      c->Use();   
522   }
523 }
524
525