粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析課件

1、粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析1粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析數(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)粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析2上講摘要上講摘要nROOT的TTreeTTree類 TTree *tree = new TTree(“tree”,”mytree”); tree-Branch(“br1”,&br1,”Br1/F”);n填充tree，將tree寫入root文件 tree-Fill(); TFile *f = new TFile(“f1.root”,”recreate”); tree-Write();n查看root文件中t

2、ree的信息 TFile *f = new TFile(“f1.root”); f-ls(); TTree *tree = (TTree*)f-Get(“tree”); tree-Scan(),tree-Show(i),tree-Print()n處理tree格式相同的多個文件root文件: TChainTChain TChain *chain = new TChain(); chain-Add(“f1.root/tree”);粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析3本講要點(diǎn)本講要點(diǎn)n直方圖的運(yùn)算 Add,Divide,.nROOT中直方圖擬合 h1-Fit();nROOT小結(jié)粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的

3、數(shù)據(jù)分析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)疊常用于相同實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)疊加，增加統(tǒng)計(jì)量。加，增加統(tǒng)計(jì)量。a*h1+b*h2, 一般一般a=b=1相減rootTH1F *h3=new TH1F(*h1);rooth3-Sumw2();rooth3-Add(h1,h2,a,-b);常用于從實(shí)驗(yàn)測量的分布常用于從實(shí)驗(yàn)測量的分布中，扣除本底得到純信號中，扣除本底得到純信號的分布的分布。a*h1-b*h2, 一般一般a=-b=1221212nn誤差：圖形歸一化 rootFloat_t norm=

4、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，找常用于比較兩種分布，找出區(qū)別。出區(qū)別。 Scale后后BinContent之和之和為為norm粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析5一維直方圖之間的運(yùn)算(2)相除rootTH1F *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)算常用

5、于效率的計(jì)算。11222(1)nnnnn相乘rootTH1F *h3=new TH1F(*h1);rooth3-Sumw2();rooth3-Multiply(h1,h2,a,b);常用于對分布進(jìn)行諸常用于對分布進(jìn)行諸如效率等的修正如效率等的修正。121211n nnn121211nnnn粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析6一維直方圖之間運(yùn)算的誤差雖然雖然ROOT都提供了較完善的一維都提供了較完善的一維直方圖運(yùn)算功能，但對最終結(jié)果的誤直方圖運(yùn)算功能，但對最終結(jié)果的誤差一定要仔細(xì)檢查差一定要仔細(xì)檢查。很多情況下，用很多情況下，用戶需要從圖中讀出各頻數(shù)數(shù)值與誤差戶需要從圖中讀出各頻數(shù)數(shù)值與誤差值，并

6、確認(rèn)運(yùn)算無誤值，并確認(rèn)運(yùn)算無誤。粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析7擬合直方圖(1)將鼠標(biāo)放到直方圖上，右鍵，出現(xiàn)直方圖操將鼠標(biāo)放到直方圖上，右鍵，出現(xiàn)直方圖操作選項(xiàng)，選擇作選項(xiàng)，選擇FitPanel，可以在，可以在FitPanel中選中選擇擬合的各個選項(xiàng)，比如用什么擇擬合的各個選項(xiàng)，比如用什么函數(shù)函數(shù)擬合，擬合，擬合的擬合的區(qū)間區(qū)間，等等。，等等。粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析8用默認(rèn)的高斯擬合，并在用默認(rèn)的高斯擬合，并在Options菜單中選上菜單中選上Fit Parameters選項(xiàng)，可以看到擬合的結(jié)果。選項(xiàng)，可以看到擬合的結(jié)果。擬合直方圖(2)并不推薦這種擬并不推薦這種擬合方式合方式:

7、1)不適合自定義不適合自定義函數(shù)擬合函數(shù)擬合2)不適合批處理不適合批處理擬合結(jié)果給出了高擬合結(jié)果給出了高斯分布的斯分布的3個參數(shù)個參數(shù): 常系數(shù)、均值、均常系數(shù)、均值、均方差，以及擬合的方差，以及擬合的好壞好壞chi2/ndf粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析9hpx-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)自定義擬合函數(shù)TF1 *fcn = new TF1(fcn,gaus,-3,3);hpx-Fit(fcn,”R”);gStyle-SetOpt

8、Fit();/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(&mypar0);運(yùn)行：root -l root 0 .L ex51.C root 1 ex51r() root 2 ex51r2()用自定義的函數(shù)擬合直方圖粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析10共振峰共振峰(Breit-Wigner分布分布)加上二次加上二次函數(shù)本底的擬合函數(shù)本底的擬合(一共一共6個參數(shù)個參數(shù))這是這是$ROOTSYS/fit/FittingDemo.C

9、的簡化的簡化先自定義本底函數(shù)先自定義本底函數(shù)(background)和共和共振峰函數(shù)振峰函數(shù)(lorentianPeak)，再定義這，再定義這兩個函數(shù)的和為擬合函數(shù)兩個函數(shù)的和為擬合函數(shù):fitFunction利用利用fitFunction定義定義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(

10、4,0.2); 為某個參數(shù)設(shè)初值(width)fitFcn-SetParameter(5,1); (peak )粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析11ROOT小結(jié)n設(shè)定ROOT環(huán)境變量: ROOTSYS，PATH，LD_LIBRARY_PATHn繪制各種直方圖，散點(diǎn)圖，數(shù)學(xué)函數(shù) TH1F，TH2F，TF1，.n隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生子，各種分布 gRandom-Rndm,Uniform,Gaus,Exp,.n創(chuàng)建、保存root文件 TFile *f = new TFile(“my”,”recreate”); f-Write();nTTree, TChain的使用 TTree *mytree = new TT

11、ree(“mytree”,”my tree”); mytree-Branch(.); 用TChain分析相同格式的數(shù)據(jù)文件。n直方圖的運(yùn)算，擬合 h1-Fit(“function_name”);粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析12ROOT的重要功能或用法(1)nROOT手冊13、14章分別是數(shù)學(xué)庫和線性代數(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nROOT手冊第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)nRooFit，最大似然法擬合等n神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法,TMVA(多元數(shù)據(jù)分析)nROOT中使用PYTHIA、G

12、eant3/4n圖形接口.粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析13ROOT的重要功能或用法(2)nMakeClass,MakeSelector的運(yùn)用比如當(dāng)前比如當(dāng)前/projects/yangzw/examples/Lec5/目錄目錄下有文件下有文件ex51.root，其中含有復(fù)雜的，其中含有復(fù)雜的tree?？梢杂?。可以用MakeClass或或MakeSelector自動產(chǎn)生分析文件和頭文件：自動產(chǎn)生分析文件和頭文件：root 0 TFile f(ex51.root);root 1 .lsTFile* ex51.root TFile* ex51.root KEY: TTree t4;1 Recon

13、st eventsroot 2 t4-MakeClass();或：或： t4-MakeClass(“MyClass”);自動產(chǎn)生以自動產(chǎn)生以t4.h和和t4.C文件，文件，或或MyClass.h和和MyClass.C文件。文件。類的定義以及類的定義以及Branch地址設(shè)地址設(shè)定、分析框架都已經(jīng)自動完成。定、分析框架都已經(jīng)自動完成。MakeSelector的用法類似：的用法類似：root 0 TFile f(ex51.root);root 1 t4-MakeSelector();或或 t4-MakeSelector(“MySelector”);粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析14ROOT的重要功

14、能或用法(3)n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，需要長時間運(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。粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析15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。其中存儲了名為tree1的TTree。畫出tree1的pz分布，并對該分布進(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：該分布為兩個高斯的疊加，可以自定義一個包含6個參數(shù)的TF1進(jìn)行擬合，分布比較復(fù)雜的時候，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，比較兩個高斯的份額2. hist.root中有兩個直方圖，對這兩個直方圖進(jìn)行加減乘除運(yùn)算。除法時，查看用