粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析_3502.ppt

1、粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析,楊振偉 清華大學(xué) 第五講：ROOT在數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用(3),2,上講摘要,ROOT的TTree類 TTree *tree = new TTree(“tree”,”mytree”); tree-Branch(“br1”,3,本講要點(diǎn),直方圖的運(yùn)算 Add,Divide,. ROOT中直方圖擬合 h1-Fit(); ROOT小結(jié),4,一維直方圖之間的操作(1),相加,rootTH1F *h3=new TH1F(*h1); rooth3-Add(h1,h2,a,b);,常用于相同實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)疊加，增加統(tǒng)計(jì)量。 a*h1+b*h2, 一般a=b=1,相減,rootTH1

2、F *h3=new TH1F(*h1); rooth3-Sumw2(); rooth3-Add(h1,h2,a,-b);,常用于從實(shí)驗(yàn)測(cè)量的分布中，扣除本底得到純信號(hào)的分布。 a*h1-b*h2, 一般a=-b=1,圖形歸一化,rootFloat_t norm=1000; rooth1-Scale(norm/h1-Integral(); rooth2-Scale(norm/h2-Integral(); rooth1-Draw(); h2-Draw(“same”) ;,常用于比較兩種分布，找出區(qū)別。 Scale后BinContent之和為norm,5,一維直方圖之間的運(yùn)算(2),相除,rootT

3、H1F *h3=new TH1F(*h1); rooth3-Sumw2(); rooth3-Divide(h1,h2,a,b); rooth3-Divide(h1,h2,a,b,“B”);,常用于效率的計(jì)算。,相乘,rootTH1F *h3=new TH1F(*h1); rooth3-Sumw2(); rooth3-Multiply(h1,h2,a,b);,常用于對(duì)分布進(jìn)行諸如效率等的修正。,6,一維直方圖之間運(yùn)算的誤差,雖然ROOT都提供了較完善的一維直方圖運(yùn)算功能，但對(duì)最終結(jié)果的誤差一定要仔細(xì)檢查。很多情況下，用戶需要從圖中讀出各頻數(shù)數(shù)值與誤差值，并確認(rèn)運(yùn)算無誤。,7,擬合直方圖(1),將

4、鼠標(biāo)放到直方圖上，右鍵，出現(xiàn)直方圖操作選項(xiàng)，選擇FitPanel，可以在FitPanel中選擇擬合的各個(gè)選項(xiàng)，比如用什么函數(shù)擬合，擬合的區(qū)間，等等。,8,用默認(rèn)的高斯擬合，并在Options菜單中選上Fit Parameters選項(xiàng)，可以看到擬合的結(jié)果。,擬合直方圖(2),并不推薦這種擬合方式: 1)不適合自定義函數(shù)擬合 2)不適合批處理,9,hpx-Fit(“gaus”); hpx-Fit(“gaus”,“”,“”,-3,3);,擬合直方圖(3)/home/yangzw/workdir/examples/Lec5/ex51.C,自定義擬合函數(shù) TF1 *fcn = new TF1(fcn,g

5、aus,-3,3); hpx-Fit(fcn,”R”);,gStyle-SetOptFit();/設(shè)置擬合選項(xiàng) 擬合之前往往需要給出參數(shù)的大概值 fcn-SetParameters(500,mean,sigma); 擬合之后取出得到的擬合參數(shù) Double_t mypar3; fcn-GetParameters(,運(yùn)行：root -l root 0 .L ex51.C root 1 ex51r() root 2 ex51r2(),用自定義的函數(shù)擬合直方圖,10,共振峰(Breit-Wigner分布)加上二次函數(shù)本底的擬合(一共6個(gè)參數(shù)) 這是$ROOTSYS/fit/FittingDemo.C

6、的簡(jiǎn)化 先自定義本底函數(shù)(background)和共振峰函數(shù)(lorentianPeak)，再定義這兩個(gè)函數(shù)的和為擬合函數(shù):fitFunction 利用fitFunction定義TF1,擬合直方圖(3)/home/yangzw/workdir/examples/Lec5/ex52.C,這里指定函數(shù)區(qū)間為0-3，6個(gè)參數(shù),運(yùn)行：root -l root 0 .L ex52.C,注意TLegend的使用,TF1 *fitFcn = new TF1(fitFcn,fitFunction,0,3,6);,fitFcn-SetParameter(4,0.2); 為某個(gè)參數(shù)設(shè)初值(width) fitFc

7、n-SetParameter(5,1); (peak ),11,ROOT小結(jié),設(shè)定ROOT環(huán)境變量: ROOTSYS，PATH，LD_LIBRARY_PATH 繪制各種直方圖，散點(diǎn)圖，數(shù)學(xué)函數(shù) TH1F，TH2F，TF1，. 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生子，各種分布 gRandom-Rndm,Uniform,Gaus,Exp,. 創(chuàng)建、保存root文件 TFile *f = new TFile(“myfile.root”,”recreate”); f-Write(); TTree, TChain的使用 TTree *mytree = new TTree(“mytree”,”my tree”); mytree-B

8、ranch(.); 用TChain分析相同格式的數(shù)據(jù)文件。 直方圖的運(yùn)算，擬合 h1-Fit(“function_name”);,12,ROOT的重要功能或用法(1),ROOT手冊(cè)13、14章分別是數(shù)學(xué)庫(kù)和線性代數(shù)，提供很多數(shù)學(xué)功能，比如Lorentz矢量的操作，特殊函數(shù)，矩陣求解運(yùn)算，求極值等等 ROOT手冊(cè)第4章介紹Graphs，適用于不等距數(shù)據(jù)的圖形分析(當(dāng)然也可以構(gòu)造不等bin的直方圖) RooFit，最大似然法擬合等 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法,TMVA(多元數(shù)據(jù)分析) ROOT中使用PYTHIA、Geant3/4 圖形接口.,13,ROOT的重要功能或用法(2),MakeClass,Make

9、Selector的運(yùn)用,比如當(dāng)前/projects/yangzw/examples/Lec5/目錄下有文件ex51.root，其中含有復(fù)雜的tree?？梢杂肕akeClass或MakeSelector自動(dòng)產(chǎn)生分析文件和頭文件：,root 0 TFile f(ex51.root); root 1 .ls TFile* ex51.root TFile* ex51.root KEY: TTree t4;1 Reconst events root 2 t4-MakeClass(); 或： t4-MakeClass(“MyClass”);,MakeSelector的用法類似： root 0 TFile

10、f(ex51.root); root 1 t4-MakeSelector(); 或 t4-MakeSelector(“MySelector”);,14,ROOT的重要功能或用法(3),獨(dú)立編譯程序進(jìn)行ROOT分析 盡管在ROOT環(huán)境中運(yùn)行ROOT腳本很方便，但如果分析處理的東西比較復(fù)雜，需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，獨(dú)立編譯運(yùn)行比在ROOT環(huán)境中運(yùn)行要快很多，大約有數(shù)量級(jí)的差別。 /home/yangzw/workdir/examples/Lec5/standalone目錄是獨(dú)立編譯運(yùn)行ROOT的例子。這實(shí)際上是SDA習(xí)題3.7c的一部分。 進(jìn)入standalone目錄后，gmake進(jìn)行編譯就可以運(yùn)行。,1

11、5,習(xí)題,練習(xí)需要的root文件都存放在下面目錄里： /home/yangzw/workdir/examples/Lec5/exercise/ 1. 查看該double_gaus.root文件。其中存儲(chǔ)了名為tree1的TTree。畫出tree1的pz分布，并對(duì)該分布進(jìn)行擬合，在圖上顯示出擬合的結(jié)果，并在屏幕上打印出擬合結(jié)果。 （提示：該分布為兩個(gè)高斯的疊加，可以自定義一個(gè)包含6個(gè)參數(shù)的TF1進(jìn)行擬合，分布比較復(fù)雜的時(shí)候，需要先估計(jì)參數(shù)的大概值，為擬合函數(shù)預(yù)設(shè)估計(jì)值。） 思考：假設(shè)函數(shù)fun=p0*exp(-(x-p1)2/2/p22) +p3*exp(-(x-p4)2/2/p52) 由擬合得到的結(jié)果，比較兩個(gè)高斯的份額 2. hist.root中有兩個(gè)直方圖，對(duì)這兩個(gè)直方圖進(jìn)行加減乘除運(yùn)算。除法時(shí)，查看用”B”選項(xiàng)和不用“B”選項(xiàng)時(shí)誤差的不同。 (提示：h1的事例包含于h2的事例，計(jì)算誤差需要用”B”選項(xiàng)) 3. 利用1.root和2.root，將其中的px分別畫到兩個(gè)直方圖h1，h2中。對(duì)h1，h2進(jìn)行加減乘