]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blobdiff - RALICE/AliMath.cxx
bug fixed while filling the object AliPMDcluster
[u/mrichter/AliRoot.git] / RALICE / AliMath.cxx
index 9ad15edf6881f61f956e131ac93b4381095327f7..fcf42eaecef6a394f4f5daea75ab0bf6a63d67c6 100644 (file)
  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  **************************************************************************/
 
-/*
-$Log$
-*/
+// $Id$
+
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+// Class AliMath
+// Various mathematical tools which may be very convenient while
+// performing physics analysis.
+//
+// Example : Probability of a Chi-squared value
+// =========
+//
+// AliMath M;
+// Float_t chi2=20;            // The chi-squared value
+// Int_t ndf=12;               // The number of degrees of freedom
+// Float_t p=M.Prob(chi2,ndf); // The probability that at least a Chi-squared
+//                             // value of chi2 will be observed, even for a
+//                             // correct model
+//
+//--- Author: Nick van Eijndhoven 14-nov-1998 UU-SAP Utrecht
+//- Modified: NvE $Date$ UU-SAP Utrecht
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 #include "AliMath.h"
+#include "Riostream.h"
  
 ClassImp(AliMath) // Class implementation to enable ROOT I/O
  
-AliMath::AliMath()
+AliMath::AliMath() : TObject()
 {
 // Default constructor
 }
@@ -31,7 +49,12 @@ AliMath::~AliMath()
 // Destructor
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::Gamma(Float_t z)
+AliMath::AliMath(AliMath& m) : TObject(m)
+{
+// Copy constructor
+}
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+Double_t AliMath::Gamma(Double_t z)
 {
 // Computation of gamma(z) for all z>0.
 //
@@ -48,11 +71,11 @@ Float_t AliMath::Gamma(Float_t z)
   return 0;
  }
  
Float_t v=LnGamma(z);
Double_t v=LnGamma(z);
  return exp(v);
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::Gamma(Float_t a,Float_t x)
+Double_t AliMath::Gamma(Double_t a,Double_t x)
 {
 // Computation of the incomplete gamma function P(a,x)
 //
@@ -83,7 +106,7 @@ Float_t AliMath::Gamma(Float_t a,Float_t x)
  }
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::LnGamma(Float_t z)
+Double_t AliMath::LnGamma(Double_t z)
 {
 // Computation of ln[gamma(z)] for all z>0.
 //
@@ -122,11 +145,11 @@ Float_t AliMath::LnGamma(Float_t z)
   y+=1.;
   ser+=c[i]/y;
  }
Float_t v=tmp+log(c[0]*ser/x);
Double_t v=tmp+log(c[0]*ser/x);
  return v;
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::GamSer(Float_t a,Float_t x)
+Double_t AliMath::GamSer(Double_t a,Double_t x)
 {
 // Computation of the incomplete gamma function P(a,x)
 // via its series representation.
@@ -137,7 +160,7 @@ Float_t AliMath::GamSer(Float_t a,Float_t x)
 //--- Nve 14-nov-1998 UU-SAP Utrecht
  
  Int_t itmax=100;   // Maximum number of iterations
Float_t eps=3.e-7; // Relative accuracy
Double_t eps=3.e-7; // Relative accuracy
  
  if (a<=0.)
  {
@@ -151,10 +174,10 @@ Float_t AliMath::GamSer(Float_t a,Float_t x)
   return 0;
  }
  
Float_t gln=LnGamma(a);
Float_t ap=a;
Float_t sum=1./a;
Float_t del=sum;
Double_t gln=LnGamma(a);
Double_t ap=a;
Double_t sum=1./a;
Double_t del=sum;
  for (Int_t n=1; n<=itmax; n++)
  {
   ap+=1.;
@@ -163,11 +186,11 @@ Float_t AliMath::GamSer(Float_t a,Float_t x)
   if (fabs(del)<fabs(sum*eps)) break;
   if (n==itmax) cout << "*GamSer(a,x)* a too large or itmax too small" << endl;
  }
Float_t v=sum*exp(-x+a*log(x)-gln);
Double_t v=sum*exp(-x+a*log(x)-gln);
  return v;
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::GamCf(Float_t a,Float_t x)
+Double_t AliMath::GamCf(Double_t a,Double_t x)
 {
 // Computation of the incomplete gamma function P(a,x)
 // via its continued fraction representation.
@@ -178,8 +201,8 @@ Float_t AliMath::GamCf(Float_t a,Float_t x)
 //--- Nve 14-nov-1998 UU-SAP Utrecht
  
  Int_t itmax=100;      // Maximum number of iterations
Float_t eps=3.e-7;    // Relative accuracy
Float_t fpmin=1.e-30; // Smallest Float_t value allowed here
Double_t eps=3.e-7;    // Relative accuracy
Double_t fpmin=1.e-30; // Smallest Double_t value allowed here
  
  if (a<=0.)
  {
@@ -193,15 +216,15 @@ Float_t AliMath::GamCf(Float_t a,Float_t x)
   return 0;
  }
  
Float_t gln=LnGamma(a);
Float_t b=x+1.-a;
Float_t c=1./fpmin;
Float_t d=1./b;
Float_t h=d;
Float_t an,del;
Double_t gln=LnGamma(a);
Double_t b=x+1.-a;
Double_t c=1./fpmin;
Double_t d=1./b;
Double_t h=d;
Double_t an,del;
  for (Int_t i=1; i<=itmax; i++)
  {
-  an=float(-i)*(float(i)-a);
+  an=double(-i)*(double(i)-a);
   b+=2.;
   d=an*d+b;
   if (fabs(d)<fpmin) d=fpmin;
@@ -213,11 +236,11 @@ Float_t AliMath::GamCf(Float_t a,Float_t x)
   if (fabs(del-1.)<eps) break;
   if (i==itmax) cout << "*GamCf(a,x)* a too large or itmax too small" << endl;
  }
Float_t v=exp(-x+a*log(x)-gln)*h;
Double_t v=exp(-x+a*log(x)-gln)*h;
  return (1.-v);
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::Erf(Float_t x)
+Double_t AliMath::Erf(Double_t x)
 {
 // Computation of the error function erf(x).
 //
@@ -226,7 +249,7 @@ Float_t AliMath::Erf(Float_t x)
  return (1.-Erfc(x));
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::Erfc(Float_t x)
+Double_t AliMath::Erfc(Double_t x)
 {
 // Computation of the complementary error function erfc(x).
 //
@@ -238,19 +261,19 @@ Float_t AliMath::Erfc(Float_t x)
 //--- Nve 14-nov-1998 UU-SAP Utrecht
  
  // The parameters of the Chebyshev fit
- const Float_t a1=-1.26551223,  a2=1.00002368,
-               a3= 0.37409196,  a4=0.09678418,
-               a5=-0.18628806,  a6=0.27886807,
-               a7=-1.13520398,  a8=1.48851587,
-               a9=-0.82215223, a10=0.17087277;
+ const Double_t a1=-1.26551223,  a2=1.00002368,
+                a3= 0.37409196,  a4=0.09678418,
+                a5=-0.18628806,  a6=0.27886807,
+                a7=-1.13520398,  a8=1.48851587,
+                a9=-0.82215223, a10=0.17087277;
  
Float_t v=1.; // The return value
Double_t v=1.; // The return value
  
Float_t z=fabs(x);
Double_t z=fabs(x);
  
  if (z <= 0.) return v; // erfc(0)=1
  
Float_t t=1./(1.+0.5*z);
Double_t t=1./(1.+0.5*z);
  
  v=t*exp((-z*z)
          +a1+t*(a2+t*(a3+t*(a4+t*(a5+t*(a6+t*(a7+t*(a8+t*(a9+t*a10)))))))));
@@ -260,7 +283,7 @@ Float_t AliMath::Erfc(Float_t x)
  return v;
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-Float_t AliMath::Prob(Float_t chi2,Int_t ndf)
+Double_t AliMath::Prob(Double_t chi2,Int_t ndf)
 {
 // Computation of the probability for a certain Chi-squared (chi2)
 // and number of degrees of freedom (ndf).
@@ -295,22 +318,272 @@ Float_t AliMath::Prob(Float_t chi2,Int_t ndf)
 // This code may be activated in case the gamma function gives problems
 // if (ndf==1)
 // {
-//  Float_t v=1.-Erf(sqrt(chi2)/sqrt(2.));
+//  Double_t v=1.-Erf(sqrt(chi2)/sqrt(2.));
 //  return v;
 // }
  
 // Gaussian approximation for large ndf
 // This code may be activated in case the gamma function shows a problem
-// Float_t q=sqrt(2.*chi2)-sqrt(float(2*ndf-1));
+// Double_t q=sqrt(2.*chi2)-sqrt(double(2*ndf-1));
 // if (n>30 && q>0.)
 // {
-//  Float_t v=0.5*(1.-Erf(q/sqrt(2.)));
+//  Double_t v=0.5*(1.-Erf(q/sqrt(2.)));
 //  return v;
 // }
  
  // Evaluate the incomplete gamma function
Float_t a=float(ndf)/2.;
Float_t x=chi2/2.;
Double_t a=double(ndf)/2.;
Double_t x=chi2/2.;
  return (1.-Gamma(a,x));
 }
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+Double_t AliMath::BesselI0(Double_t x)
+{
+// Computation of the modified Bessel function I_0(x) for any real x.
+//
+// The algorithm is based on the article by Abramowitz and Stegun [1]
+// as denoted in Numerical Recipes 2nd ed. on p. 230 (W.H.Press et al.).
+//
+// [1] M.Abramowitz and I.A.Stegun, Handbook of Mathematical Functions,
+//     Applied Mathematics Series vol. 55 (1964), Washington.  
+//
+//--- NvE 12-mar-2000 UU-SAP Utrecht
+
+ // Parameters of the polynomial approximation  
+ const Double_t p1=1.0,          p2=3.5156229,    p3=3.0899424,
+                p4=1.2067492,    p5=0.2659732,    p6=3.60768e-2,  p7=4.5813e-3;
+
+ const Double_t q1= 0.39894228,  q2= 1.328592e-2, q3= 2.25319e-3,
+                q4=-1.57565e-3,  q5= 9.16281e-3,  q6=-2.057706e-2,
+                q7= 2.635537e-2, q8=-1.647633e-2, q9= 3.92377e-3; 
+
+ Double_t ax=fabs(x);
+
+ Double_t y=0,result=0;
+
+ if (ax < 3.75)
+ {
+  y=pow(x/3.75,2);
+  result=p1+y*(p2+y*(p3+y*(p4+y*(p5+y*(p6+y*p7)))));
+ }
+ else
+ {
+  y=3.75/ax;
+  result=(exp(ax)/sqrt(ax))*(q1+y*(q2+y*(q3+y*(q4+y*(q5+y*(q6+y*(q7+y*(q8+y*q9))))))));
+ }
+
+ return result;
+}
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+Double_t AliMath::BesselK0(Double_t x)
+{
+// Computation of the modified Bessel function K_0(x) for positive real x.
+//
+// The algorithm is based on the article by Abramowitz and Stegun [1]
+// as denoted in Numerical Recipes 2nd ed. on p. 230 (W.H.Press et al.).
+//
+// [1] M.Abramowitz and I.A.Stegun, Handbook of Mathematical Functions,
+//     Applied Mathematics Series vol. 55 (1964), Washington.  
+//
+//--- NvE 12-mar-2000 UU-SAP Utrecht
+
+ // Parameters of the polynomial approximation  
+ const Double_t p1=-0.57721566,  p2=0.42278420,   p3=0.23069756,
+                p4= 3.488590e-2, p5=2.62698e-3,   p6=1.0750e-4,    p7=7.4e-5;
+
+ const Double_t q1= 1.25331414,  q2=-7.832358e-2, q3= 2.189568e-2,
+                q4=-1.062446e-2, q5= 5.87872e-3,  q6=-2.51540e-3,  q7=5.3208e-4;
+
+ if (x <= 0)
+ {
+  cout << " *BesselK0* Invalid argument x = " << x << endl;
+  return 0;
+ }
+
+ Double_t y=0,result=0;
+
+ if (x <= 2)
+ {
+  y=x*x/4.;
+  result=(-log(x/2.)*BesselI0(x))+(p1+y*(p2+y*(p3+y*(p4+y*(p5+y*(p6+y*p7))))));
+ }
+ else
+ {
+  y=2./x;
+  result=(exp(-x)/sqrt(x))*(q1+y*(q2+y*(q3+y*(q4+y*(q5+y*(q6+y*q7))))));
+ }
+
+ return result;
+}
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+Double_t AliMath::BesselI1(Double_t x)
+{
+// Computation of the modified Bessel function I_1(x) for any real x.
+//
+// The algorithm is based on the article by Abramowitz and Stegun [1]
+// as denoted in Numerical Recipes 2nd ed. on p. 230 (W.H.Press et al.).
+//
+// [1] M.Abramowitz and I.A.Stegun, Handbook of Mathematical Functions,
+//     Applied Mathematics Series vol. 55 (1964), Washington.  
+//
+//--- NvE 12-mar-2000 UU-SAP Utrecht
+
+ // Parameters of the polynomial approximation  
+ const Double_t p1=0.5,          p2=0.87890594,   p3=0.51498869,
+                p4=0.15084934,   p5=2.658733e-2,  p6=3.01532e-3,  p7=3.2411e-4;
+
+ const Double_t q1= 0.39894228,  q2=-3.988024e-2, q3=-3.62018e-3,
+                q4= 1.63801e-3,  q5=-1.031555e-2, q6= 2.282967e-2,
+                q7=-2.895312e-2, q8= 1.787654e-2, q9=-4.20059e-3; 
+
+ Double_t ax=fabs(x);
+
+ Double_t y=0,result=0;
+
+ if (ax < 3.75)
+ {
+  y=pow(x/3.75,2);
+  result=x*(p1+y*(p2+y*(p3+y*(p4+y*(p5+y*(p6+y*p7))))));
+ }
+ else
+ {
+  y=3.75/ax;
+  result=(exp(ax)/sqrt(ax))*(q1+y*(q2+y*(q3+y*(q4+y*(q5+y*(q6+y*(q7+y*(q8+y*q9))))))));
+  if (x < 0) result=-result;
+ }
+
+ return result;
+}
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+Double_t AliMath::BesselK1(Double_t x)
+{
+// Computation of the modified Bessel function K_1(x) for positive real x.
+//
+// The algorithm is based on the article by Abramowitz and Stegun [1]
+// as denoted in Numerical Recipes 2nd ed. on p. 230 (W.H.Press et al.).
+//
+// [1] M.Abramowitz and I.A.Stegun, Handbook of Mathematical Functions,
+//     Applied Mathematics Series vol. 55 (1964), Washington.  
+//
+//--- NvE 12-mar-2000 UU-SAP Utrecht
+
+ // Parameters of the polynomial approximation  
+ const Double_t p1= 1.,          p2= 0.15443144,  p3=-0.67278579,
+                p4=-0.18156897,  p5=-1.919402e-2, p6=-1.10404e-3,  p7=-4.686e-5;
+
+ const Double_t q1= 1.25331414,  q2= 0.23498619,  q3=-3.655620e-2,
+                q4= 1.504268e-2, q5=-7.80353e-3,  q6= 3.25614e-3,  q7=-6.8245e-4;
+
+ if (x <= 0)
+ {
+  cout << " *BesselK1* Invalid argument x = " << x << endl;
+  return 0;
+ }
+
+ Double_t y=0,result=0;
+
+ if (x <= 2)
+ {
+  y=x*x/4.;
+  result=(log(x/2.)*BesselI1(x))+(1./x)*(p1+y*(p2+y*(p3+y*(p4+y*(p5+y*(p6+y*p7))))));
+ }
+ else
+ {
+  y=2./x;
+  result=(exp(-x)/sqrt(x))*(q1+y*(q2+y*(q3+y*(q4+y*(q5+y*(q6+y*q7))))));
+ }
+
+ return result;
+}
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+Double_t AliMath::BesselK(Int_t n,Double_t x)
+{
+// Computation of the Integer Order Modified Bessel function K_n(x)
+// for n=0,1,2,... and positive real x.
+//
+// The algorithm uses the recurrence relation
+//
+//               K_n+1(x) = (2n/x)*K_n(x) + K_n-1(x) 
+//
+// as denoted in Numerical Recipes 2nd ed. on p. 232 (W.H.Press et al.).
+//
+//--- NvE 12-mar-2000 UU-SAP Utrecht
+
+ if (x <= 0 || n < 0)
+ {
+  cout << " *BesselK* Invalid argument(s) (n,x) = (" << n << " , " << x << ")" << endl;
+  return 0;
+ }
+
+ if (n==0) return BesselK0(x);
+
+ if (n==1) return BesselK1(x);
+
+ // Perform upward recurrence for all x
+ Double_t tox=2./x;
+ Double_t bkm=BesselK0(x);
+ Double_t bk=BesselK1(x);
+ Double_t bkp=0;
+ for (Int_t j=1; j<n; j++)
+ {
+  bkp=bkm+double(j)*tox*bk;
+  bkm=bk;
+  bk=bkp;
+ }
+
+ return bk;
+}
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+Double_t AliMath::BesselI(Int_t n,Double_t x)
+{
+// Computation of the Integer Order Modified Bessel function I_n(x)
+// for n=0,1,2,... and any real x.
+//
+// The algorithm uses the recurrence relation
+//
+//               I_n+1(x) = (-2n/x)*I_n(x) + I_n-1(x) 
+//
+// as denoted in Numerical Recipes 2nd ed. on p. 232 (W.H.Press et al.).
+//
+//--- NvE 12-mar-2000 UU-SAP Utrecht
+
+ Int_t iacc=40; // Increase to enhance accuracy
+ Double_t bigno=1.e10, bigni=1.e-10;
+
+ if (n < 0)
+ {
+  cout << " *BesselI* Invalid argument (n,x) = (" << n << " , " << x << ")" << endl;
+  return 0;
+ }
+
+ if (n==0) return BesselI0(x);
+
+ if (n==1) return BesselI1(x);
+
+ if (fabs(x) < 1.e-10) return 0;
+
+ Double_t tox=2./fabs(x);
+ Double_t bip=0,bim=0;
+ Double_t bi=1;
+ Double_t result=0;
+ Int_t m=2*((n+int(sqrt(float(iacc*n))))); // Downward recurrence from even m
+ for (Int_t j=m; j<=1; j--)
+ {
+  bim=bip+double(j)*tox*bi;
+  bip=bi;
+  bi=bim;
+  if (fabs(bi) > bigno) // Renormalise to prevent overflows
+  {
+   result*=bigni;
+   bi*=bigni;
+   bip*=bigni;
+  }
+  if (j==n) result=bip;
+ }
+
+ result*=BesselI0(x)/bi; // Normalise with I0(x)
+ if ((x < 0) && (n%2 == 1)) result=-result;
+
+ return result;
+}
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////