粒子物理与核物理实验中的数据分析.ppt

粒子物理与核物理实验中的数据分析,杨振伟清华大学第三讲：ROOT在数据分析中的应用(1),2,上讲摘要,C+基本概念类的定义与实现.Linux下用g+编译C+程序g+-ohello.exe-I./src/*.cc当前目录下输出指定include目录源文件可执行文件hello.exe如-I./include用makefile进行C+编译gmake进行编译gmakeclean清除编译结果使用ROOT脚本root-lhello.C,3,本讲要点,什么是ROOT？登录ROOT环境和体验中心ROOT的语法简介ROOT的函数,直方图,随机数,文件,散点图TF1,TH1I,TH1F,TH1D,TRandom(gRandom)TF2,TF3,TH2F,.TFile,4,什么是ROOT？,ROOT:ExecutiveSummary.providesasetofOOframeworkswithallthefunctionalityneededtohandleandanalyselargeamountsofdatainaveryefficientway.(摘自http:/root.cern.ch/root/Mission.html)关键字：面向对象的框架、所有功能、海量数据、非常有效,结论：很不谦虚！,5,安装ROOT(1),到ROOT主页下载需要的版本到指定目录。比如要在SLC3系统的/projects/yangzw目录下安装5.16.00版本(注：最新版本的ROOT已经不为SLC3提供预编译版本了，而为SLC4和SLC5提供)cd/projects/$USER(注：对用户yangzw,$USER=yangzw)wgetftp:/root.cern.ch/root/root_v5.16.00.Linux.slc3.gcc3.2.3.tar.gztarzxvfroot_v5.16.00.Linux.slc3.gcc3.2.3.tar.gz设置ROOT的环境变量exportROOTSYS=/projects/$USER/rootexportPATH=$ROOTSYS/bin:$PATHexportLD_LIBRARY_PATH=$ROOTSYS/lib:$LD_LIBRARY_PATH可以把上面这3行放到$HOME/.login或者.bashrc或者.tcshrc文件中，这样每次登录到Linux系统，系统就自动设置ROOT的环境变量这样，进入linux系统之后，在终端提示行输入：root或root-l即可进入ROOT环境。,6,安装ROOT(2),如果是其它发行版的Linux，首先查看是否ROOT网站上是否有预编译好的程序包，一般情况下，官方提供SLC4和SLC5在各种不同CPU以及不同gcc版本下的二进制包，ROOT官网也提供包括Solaris以及MacOSX以及Windows下的预编译包。如果没有适合你的操作系统的预编译包，就需要到官网http:/root.cern.ch下载ROOT的源代码，按照安装指南用gmake编译安装。Window用户在官网下载相应的.msi文件直接安装即可。Ubuntu8.10用户可以到下面网页下载5.22.00版本的二进制代码，根据Readme.txt说明安装使用。,7,安装ROOT(3),实际上，Linux下安装程序的基本套路很简单：1.如果需要用源码编译a)下载源码压缩包b)解压缩c)编译d)设置环境变量(如果需要)2.如果已有预编译的包a)下载b)解压缩c)设置环境变量(如果需要)3.yum/apt-get直接用网络源安装(预编译的包)4.,8,登录ROOT环境,运行root退出root0.q键入help指令，如root0?root1.lsroot2.!ls,ROOT环境其它常用指令：.Lmacro.CLoad文件macro.C.xmacro.C执行文件macro.C.ls显示ROOT当前环境的所有信息.!ls显示Linux系统当前目录的所有信息注：ROOT环境中，ROOT指令都以“.”开头系统指令都以“.!”开头,9,ROOT体验中心(1),在$ROOTSYS/tutorials目录下，有五花八门的例子。以后会经常与这个目录打交道。先尝试一下吧。尝试方法：cd/projects/$USERcp-r$ROOTSYS/tutorials.(注意不要把这个.漏掉了)cdtutorials然后找个感兴趣的目录/文件，执行ROOT脚本，比如cdroofitroot-lRoofitDemo.C,小技巧提示：根据关键字xxxx从tuotorials的例子中寻找线索grep-sirnxxxx$ROOTSYS/tutorials比如找随机数用法：grep-sirnrandom$ROOTSYS/tutorials,Roofit示例,10,ROOT体验中心(2),还可以在ROOT网站上看到一些ROOT图片：http:/root.cern.ch/drupal/image当然，ROOT的功能不只是做图，它不是一个作图工具。跟数据分析有关的东西，基本都是ROOT的擅长；跟物理有关的很多东西，ROOT基本都可以做得很好：事例产生、探测器模拟、事例重建、数据采集、数据分析,11,ROOT体验中心(3-1),日本超级神冈中微子实验事例显示（byzhanghb）超大的水池，内外装满了光电倍增管，1万多个,12,ROOT体验中心(3-2),仅显示被击中的光电倍增管,13,ROOT体验中心(3-3),平面展开显示,14,ROOT体验中心(3-4),平面展开，鼠标缩放，显示鼠标位置光电倍增管信息,15,ROOT语法(1)基本信息,ROOT使用C+语法一段C+程序可以直接在ROOT环境运行数据类型重定义intInt_tfloatFloat_tdoubleDouble_t.ROOT的类都以T开头如TFile,TH1F,TTree,.详细规定参阅ROOT手册(5.21版)第18-20页，关于Convention和GlobalVariables部分。可以直接在ROOT环境中运行macro文件(自动调用cint编译器)，也可以在makefile中设置好相关参数用g+编译得到可执行文件运行。,16,ROOT语法(2)直方图类,ROOT中有众多已经定义好的类可供使用，比如直方图家族,17,ROOT语法(2)其它类,其它常用类数学函数：TF1,TF2,TF3.图形：TGraph,TGraphErrors,TGraph2D,.文件：TFile画布：TCanvas,TPad,.随机数：TRandom,TRandom1,TRandom2,TRandom3周期109101711026106000速度(ns/call)342423745比如跟数据结构和分析有关的：TTree,TChain,.参见http:/root.cern.ch/root/html526/ClassIndex.html(谨代表*邀请各位光临敝舍。注：*=yangzw)还有很多全局函数，多数以g开头，如：gRandom,gROOT,gStyle,gPad,gEnv,gFile.,速度与CPU和编译器有关,18,ROOT语法(3)随机数,gRandom是指向当前随机数产生子的指针，该产生子默认为TRandom3对象。http:/root.cern.ch/root/html522/TRandom.html(为什么看TRandom？因为TRandom1/2/3都继承自TRandom),gRandom-Binomial(ntot,p):二项分布gRandom-BreiWigner(mean,gamma)Breit-Wigner分布gRandom-Exp(tau)指数分布gRandom-Gaus(mean,sigma)高斯分布gRandom-Integer(imax)(0,imax-1)随机整数gRandom-Landau(mean,sigma)Landau分布gRandom-Poisson(mean)泊松分布(返回int)gRandom-PoissonD(mean)泊松分布(返回double)gRandom-Rndm()(0,1均匀分布gRandom-Uniform(x1,x2)(x1,x2均匀分布.,使用前可根据需要改变随机数种子和机制,思考：什么情况下需要PoissonD(mean)?,19,ROOT脚本文件示例(1)：Macro文件/home/yangzw/examples/Lec3/ex31.C,用花括号括起来，后缀名一般用”.C”coutHelloROOTendl;intNum=5;for(inti=0;iNum;i+)couti=iSetParameter(0,value);/为第0个参数设初值为value,24,ROOT中统计直方图,绘图：root0hist_name.Draw();,25,ROOT脚本文件示例(2):数学函数定义/home/yangzw/examples/Lec3/ex32.C,/asimpleROOTmacro,ex32.C/说明ROOT中数学函数的使用，如TF1voidex32()/定义函数TF1*f1=newTF1(func1,sin(x)/x,0,10);f1-Draw();/画出函数图像TF1*f2=newTF1(func1,“TMath:Gaus(x,0,1),0,10);f2-SetLineColor(2);/设置颜色为红色f2-Draw(“same”);/用参数”same”，把f1,f2画在同一个画布上,函数名称,函数表达式,函数区间,提示：1)脚本中void函数的名字必须与文件名相同(如ex32)2)ROOT环境中定义类指针之后，如TF1*f1，之后输入“f1-”，然后按一下Tab键，可以自动列出该类对象的成员函数和成员变量,运行：在命令提示行下root-lex32.C或在ROOT环境下.xex32.C,26,ROOT脚本文件示例(3):画布，保存图片/home/yangzw/examples/Lec3/ex33.C,/说明ROOT画布的使用，TCanvas，保存图形voidex33()/defineafunctionsin(x)/xTF1*f1=newTF1(func1,sin(x)/x,0,10);/defineaGaussianfunction,mean=0,sigma=1TF1*f2=newTF1(func2,Gaus(x,0,1),-3,3);/定义一个画布,TCanvasTCanvas*myC1=newTCanvas(myC1,ACanvas,10,10,800,600);/将画布分成两部分myC1-Divide(2,1);myC1-cd(1);/进入第一部分f1-Draw();myC1-cd(2);/进入第二部分f2-Draw();myC1-SaveAs(“myex33.gif”);myC1-SaveAs(“myex33.eps”);,运行：在命令提示行下root-lex33.C或在ROOT环境下root0.xex33.C,名称,描述,像素坐标(10,10):左上角(800,600):右下角,27,ROOT脚本文件示例(4a):直方图，随机数/home/yangzw/examples/Lec3/ex34a.C,/说明ROOT直方图、随机数的使用，如TH1F,gRandomvoidex34a()constInt_tNEntry=10000;/创建一个root文件TFile*file=newTFile(“hist1.root”,”RECREATE”);TH1F*h1=newTH1F(h1,Asimplehisto,100,0,1);/填充直方图10000次，用(0,1)均匀分布for(inti=0;iFill(gRandom-Uniform();h1-Draw();h1-GetYaxis()-SetRangeUser(0,150);h1-GetXaxis()-SetTitle(x);h1-GetXaxis()-CenterTitle();file-cd();/进入文件fileh1-Write();/将h1写入文件,执行的时候只需要在命令提示行root-lex34a.C或者进入ROOT环境之后，运行.xex34a.C,名称,调用均匀分布Uniform()，其它：Landau(mean,sigma);Binomial(ntot,prob);Poisson(mean);Exp(tau);BreitWigner(mean,sigma);,描述,No.ofBin,区间,28,ROOT脚本文件示例(4b):随机数-舍选法/home/yangzw/examples/Lec3/ex34b.C,执行的时候只需要在命令提示行root-lex34b.C或者进入ROOT环境之后，运行.xex34b.C,floatmypdf(floatxMin,floatxMax)floatfmax=2.;/寻找分布函数最大值while(1)floatr=gRandom-Uniform(xMin,xMax);/1st随机数(xMin,xMax)floatz=2.*r/xMax/xMax;/期待的分布函数floatu=gRandom-Uniform(0.,fmax);/2nd随机数(0,fmax)if(uDelete(*;*);Float_txMin=0.0;Float_txMax=1.0;TH1F*hX=newTH1F(hX,sawtoothp.d.f.,100,xMin,xMax);gRandom-SetSeed();for(inti=0;iFill(x);hX-Draw(e);,29,ROOT脚本文件示例(4c):随机数/home/yangzw/examples/Lec3/ex34c.C,也可以利用类TF1、TF2或TF3自定义函数，通过调用GetRandom()函数获得服从自定义函数分布的随机数：TF1*f1=newTF1(f1,abs(sin(x)/x)*sqrt(x),0,10);doubler=f1-GetRandom();,voidex34c()/定义直方图TH1F*h1=newTH1F(h1,histogramfromTF1,100,0,10);/定义TF1函数TF1*f1=newTF1(f1,abs(sin(x)/x)*sqrt(x),0,10);for(inti=0;iGetRandom();/按照f1分布产生随机数h1-Fill(r);h1-Draw();,执行时只需要在命令提示行root-lex34c.C或进入ROOT环境后，运行.xex34c.C,感兴趣者可以看看TF1的GetRandom()函数是如何实现的。实际上，是把SDA(3.5)-(3.6)进行数值积分得到x(r).,当函数f1有陡峰时，要小心！这时可能需要改变一些参数。,30,X轴的名称,直方图统计信息事例数：Entries均值：Mean方差：RMS参见ROOT手册37页“StatisticsDisplay”,直方图的描述,打开已有的root文件，如hist1.root:终端提示行下:rootlhist1.rootROOT环境下：TFilef1(“hist1.root”);.lsh1-Draw();,直方图、打开root文件,31,/2维直方图TH2F，散点图，散点图的协方差voidex35()constInt_tNEntry=10000;TH2F*hXY=newTH2F(hXY,2dhisto,100,0,1,100,-3,3);for(inti=0;iRndm();floaty=gRandom-Gaus(0,1);hXY-Fill(x,y);/填充2维直方图hXY-Draw();/2维直方图的散点图hXY-GetXaxis()-SetTitle(X:Uniform);hXY-GetYaxis()-SetTitle(Y:Gaussian);Float_tcovar=hXY-GetCovariance();/协方差coutCovariance=covar0,0Rndm()产生均匀分布。3.将练习2中产生的直方图储存到mypdf.root文件中。将所画直方图的x/y轴添加上名称，不同分布用不同颜色。将画布存成eps文件和gif文件4.将例题ex35.C中的事例数改为1000，屏幕打印出关联系数。5.cpr$ROOTSYS/tutorials/projects/$USER运行以下几个文件，查看ROOT直方图的常用功能如何实现twoscales.C,transpad.C,multicolor.C,logscales.C,hstack.C6.阅读ROOT手册第二章以及第三章(直方图)熟悉ROOT语法惯例，直方图制作的各种参数，随机数的使用,34,参考资料,ROOT手册第2章，第3章http:/root.cern.chhttp:/root.cern.ch/root/Reference.htmlhttp:/root.cern.ch/root/Tutorials.htmlhttp:/root.cern.ch/root/HowTo.html$ROOTSYS/tutorials中的各个例子,