1、粒子物理與核物理實驗中的數據分析1粒子物理與核物理實驗中的粒子物理與核物理實驗中的數據分析數據分析楊振偉清華大學第五講：ROOT在數據分析中的應用(3)粒子物理與核物理實驗中的數據分析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驗中的數據分析3本講要點本講要點n直方圖的運算 Add,Divide,.nROOT中直方圖擬合 h1-Fit();nROOT小結粒子物理與核物理實驗中的

3、數據分析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);常用于相同實驗的數據疊常用于相同實驗的數據疊加，增加統計量。加，增加統計量。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);常用于從實驗測量的分布常用于從實驗測量的分布中，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，找出區別。出區別。 Scale后后BinContent之和之和為為norm粒子物理與核物理實驗中的數據分析5一維直方圖之間的運算(2)相除rootTH1F *h3=new TH1F(*h1);rooth3-Sumw2();rooth3-Divide(h1,h2,a,b);rooth3-Divide(h1,h2,a,b,“B”);常用于效率的計算常用

5、于效率的計算。11222(1)nnnnn相乘rootTH1F *h3=new TH1F(*h1);rooth3-Sumw2();rooth3-Multiply(h1,h2,a,b);常用于對分布進行諸常用于對分布進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驗中的數據分析6一維直方圖之間運算的誤差雖然雖然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算功能，但對最終結果的誤直方圖運算功能，但對最終結果的誤差一定要仔細檢查差一定要仔細檢查。很多情況下，用很多情況下，用戶需要從圖中讀出各頻數數值與誤差戶需要從圖中讀出各頻數數值與誤差值，并

6、確認運算無誤值，并確認運算無誤。粒子物理與核物理實驗中的數據分析7擬合直方圖(1)將鼠標放到直方圖上，右鍵，出現直方圖操將鼠標放到直方圖上，右鍵，出現直方圖操作選項，選擇作選項，選擇FitPanel，可以在，可以在FitPanel中選中選擇擬合的各個選項，比如用什么擇擬合的各個選項，比如用什么函數函數擬合，擬合，擬合的擬合的區間區間，等等。，等等。粒子物理與核物理實驗中的數據分析8用默認的高斯擬合，并在用默認的高斯擬合，并在Options菜單中選上菜單中選上Fit Parameters選項，可以看到擬合的結果。選項，可以看到擬合的結果。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擬合函數擬合2)不適合批處理不適合批處理擬合結果給出了高擬合結果給出了高斯分布的斯分布的3個參數個參數: 常系數、均值、均常系數、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驗中的數據分析9hpx-Fit(“gaus”);hpx-Fit(“gaus”,“”,“”,-3,3);擬合直方圖(3)/home/yangzw/workdir/examples/Lec5/ex51.C自定義擬合函數自定義擬合函數TF1 *fcn = new TF1(fcn,gaus,-3,3);hpx-Fit(fcn,”R”);gStyle-SetOpt

8、Fit();/設置擬合選項擬合之前往往需要給出參數的大概值fcn-SetParameters(500,mean,sigma);擬合之后取出得到的擬合參數Double_t mypar3;fcn-GetParameters(&mypar0);運行：root -l root 0 .L ex51.C root 1 ex51r() root 2 ex51r2()用自定義的函數擬合直方圖粒子物理與核物理實驗中的數據分析10共振峰共振峰(Breit-Wigner分布分布)加上二次加上二次函數本底的擬合函數本底的擬合(一共一共6個參數個參數)這是這是$ROOTSYS/fit/FittingDemo.C

9、的簡化的簡化先自定義本底函數先自定義本底函數(background)和共和共振峰函數振峰函數(lorentianPeak)，再定義這，再定義這兩個函數的和為擬合函數兩個函數的和為擬合函數:fitFunction利用利用fitFunction定義定義TF1擬合直方圖(3)/home/yangzw/workdir/examples/Lec5/ex52.C這里指定函數區間為0-3，6個參數運行：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); 為某個參數設初值(width)fitFcn-SetParameter(5,1); (peak )粒子物理與核物理實驗中的數據分析11ROOT小結n設定ROOT環境變量: ROOTSYS，PATH，LD_LIBRARY_PATHn繪制各種直方圖，散點圖，數學函數 TH1F，TH2F，TF1，.n隨機數產生子，各種分布 gRandom-Rndm,Uniform,Gaus,Exp,.n創建、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分析相同格式的數據文件。n直方圖的運算，擬合 h1-Fit(“function_name”);粒子物理與核物理實驗中的數據分析12ROOT的重要功能或用法(1)nROOT手冊13、14章分別是數學庫和線性代數，提供很多數學功能，比如Lorentz矢量的操作，特殊函數，矩陣求解運算，求極值等等nROOT手冊第4章介紹Graphs，適用于不等距數據的圖形分析(當然也可以構造不等bin的直方圖)nRooFit，最大似然法擬合等n神經網絡分析方法,TMVA(多元數據分析)nROOT中使用PYTHIA、G

12、eant3/4n圖形接口.粒子物理與核物理實驗中的數據分析13ROOT的重要功能或用法(2)nMakeClass,MakeSelector的運用比如當前比如當前/projects/yangzw/examples/Lec5/目錄目錄下有文件下有文件ex51.root，其中含有復雜的，其中含有復雜的tree。可以用。可以用MakeClass或或MakeSelector自動產生分析文件和頭文件：自動產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”);自動產生以自動產生以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地址設地址設定、分析框架都已經自動完成。定、分析框架都已經自動完成。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驗中的數據分析14ROOT的重要功

14、能或用法(3)n獨立編譯程序進行ROOT分析 盡管在ROOT環境中運行ROOT腳本很方便，但如果分析處理的東西比較復雜，需要長時間運行，獨立編譯運行比在ROOT環境中運行要快很多，大約有數量級的差別。/home/yangzw/workdir/examples/Lec5/standalone目錄是獨立編譯運行ROOT的例子。這實際上是SDA習題3.7c的一部分。進入standalone目錄后，gmake進行編譯就可以運行。粒子物理與核物理實驗中的數據分析15習題練習需要的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，并對該分布進行擬合，在圖上顯示出擬合的結果，并在屏幕上打印出擬合結果。 （提示：該分布為兩個高斯的疊加，可以自定義一個包含6個參數的TF1進行擬合，分布比較復雜的時候，需要先估計參數的大概值，為擬合函數預設估計值。） 思考：假設函數fun=p0*exp(-(x-p1)2/2/p22) +p3*exp(-(x-p4)2/2/p52) 由擬合得到的結果，比較兩個高斯的份額2. hist.root中有兩個直方圖，對這兩個直方圖進行加減乘除運算。除法時，查看用