Alexandre Suaide aula 2

1. Alexandre Suaide aula 2

2. Resumo da semana anterior • Root é uma coleção de classes para análise de dados com um interpretador c++ • C++ • Pequena introdução dos conceitos mais básicos • Comandos mais comuns • Classes e objetos • ROOT • Como criar e preencher histogramas • Gráficos e funções

3. Entendendo como as coisas funcionam • Para conhecer as classes do ROOT e as suas funcionalidades, é necessário pensar em uma estrutura de árvore • Uma classe pode ser derivada de muitas outras • Uma funcionalidade específica pode estar escondida em uma outra classe • Manual de classes do ROOT • http://root.cern.ch/root/Categories.html

4. Obtendo informação • O ROOT possui centenas de classes diferentes • Clique na classe que mais satisfaz as suas necessidades

5. Obtendo informação Nome da classe Árvore de derivação: todos os métodos públicos dessas classes são acessíveis por um objeto TH2F. Ex: SetLineColor() muda a cor da linha no histograma e é um método da classe TAttLine Construtores Os objetos podem ser criados de várias formas Métodos públicos Se o que você procura não está aqui, tente procurar em uma das classes mães

6. Obtendo informação Nome da função documentação: todos os métodos públicos das classes do ROOT possuem documentação detalhada, descrevendo os parâmetros e, em muitos casos, com exemplos e figuras ilustrativas Todas as funções possuem links Se você tem dúvida pode seguir os links e obter mais informação

7. Nesse ponto, acabou a novidade • Toda a teoria de como usar o ROOT se resume a • Saber programar em c++ • Conhecer as classes do ROOT • O mais importante para isso é estar sintonizado e familiarizado com os tutoriais e documentação no site do ROOT • Isso não quer dizer que não tem mais nada a aprender... • O c++ e ROOT são bastante ricos e em alguns casos as soluções não são tão obvias • O aprendizado se faz na prática... • Entrada de dados em um gráfico • Manipulando gráficos e histogramas de 1 e 2 dimensões • ScanRoot

8. Problema: como criar um gráfico a partir de dados em um arquivo de texto?

9. Exemplo: criando um gráfico com barras de incerteza O arquivo dados.dat contém 3 colunas, x, y, ey. No prompt do ROOT, digite Root [1]: TGraphErrors *g = new TGraphErrors(“dados.dat”,"%lg %lg %lg"); Root [2]: g->Draw(“AP”); Simple, isnt´t it? 

10. Como trabalhar diretamente com os atributos de um gráfico? TCanvas *c1 = new TCanvas(“canvas”,”janela de grafico”,600,600); c1->SetLogy(); TGraphErrors *g = new TGraphErrors(“teste.dat”,"%lg %lg %lg"); g->Draw(“AP”); g->SetTitle(“Electrons from heavy quarks decay”); g->SetMarkerStyle(20); g->SetMarkerColor(2); g->SetLineColor(2); TAxis* Y = g->GetYaxis(); Y->SetTitle(“1/(2#pi p_{T}) d^{2}N/dp_{T}d#eta”); Y->SetTitleSize(0.03); Y->SetLabelSize(0.03); Y->SetTitleOffset(1.4); TAxis* X = g->GetXaxis(); X->SetTitle(“p_{T} (GeV/c)”); X->SetTitleSize(0.03); X->SetLabelSize(0.03); Letras gregas e outros caracteres especiais de LaTEX podem ser obtidos com a mesma sintaxe do LaTEX, substituindo \ por #

11. Fazendo ajustes de funções • Vamos utilizar o nosso bom e velho gráfico do slide anterior • Método mais simples de ajuste: utilizar TF1 TF1 *f = new TF1(“f”,”[0]*pow(1+x/[1],-[2])”,0,15); f->SetParameter(0,1); f->SetParameter(1,1.5); f->SetParameter(2,9); g->Fit(f);

12. Adicionando legenda aos gráficos • Utilize a classe TLegend • TLegend *l = new TLegend(xmin,ymin,xmax,ymax); • Os valores são fração do tamanho da janela gráfica e não coordenadas reais nos graficos • l->AddEntry(objeto,”label”,”modo de exibição”); • Modos de exibição • l = linha • p = ponto • f = cor de preenchimento • Exemplo TLegend *l = new TLegend(0.67,0.75,0.87,0.87); l->AddEntry(g,”dados”,”p”); l->AddEntry(f,”ajuste”,”l”); l->Draw();

13. Outro exemplo de fit (com histogramas) • Vamos criar um histograma fajuto  TF1 *f = new TF1(“f”,”[0]*exp([1]*x)+gaus(2)+gaus(5)”,0,10); f->SetParameter(0,40); f->SetParameter(1,-0.3); f->SetParameter(2,20); f->SetParameter(3,4.3); f->SetParameter(4,0.2); f->SetParameter(5,56); f->SetParameter(6,8); f->SetParameter(7,0.2); TH1F* h = new TH1F(“hist”,”teste”,100,0,10); for(int i=0; i<8000; i++) h->Fill(f->GetRandom()); h->Draw(); Funções pré-definidas. O Root possui algumas funções pré-definidas, tais como: gaus– Gaussiana polN – polinômio de grau N (N = 0...9) landau – distribuição de Landau expo – exp([0]+[1]*x)

14. Outro exemplo de fit (com histogramas)[0]*exp([1]*x)+gaus(2)+gaus(5) • Vamos ajustar o histograma h->Fit(f); • Como extrair informações da função ajustada que não seja pela tela?

15. Outro exemplo de fit (com histogramas)[0]*exp([1]*x)+gaus(2)+gaus(5) • Qual o Х2red do ajuste? f->GetChisquare()/f->GetNDF(); 1.36299 • Qual o número de contagens no primeiro pico? TF1 *peak = new TF1(“peak”,”gaus(0)”,0,10); peak->SetParameters(f->GetParameters()+2); peak->Draw(“same”); peak->Integral(0,10); 53.5103 peak->Integral(0,10)/h->GetBinWidth(23); 535.103 • E no segundo? peak->SetParameters(f->GetParameters()+5); peak->Integral(0,10)/h->GetBinWidth(23); 1349.11 Essa é uma operação com ponteiros. Se você checar a documentação do ROOT verá que o método GetParameters() retorna um Double_t* que indica a posição na memória onde os parâmetros estão guardados. O +2 indica o deslocamento dentro dessa memória Caso operações com ponteiros incomodem, pode-se fazer na força bruta: peak->SetParameter(0,f->GetParameter(2)); peak->SetParameter(1,f->GetParameter(3)); peak->SetParameter(2,f->GetParameter(4)); Integral, por definição, inclui o tamanho do canal. Caso o canal não tenha tamanho == 1, deve-se ter cuidados extras

16. Histogramas de duas dimensões TGraph* dedx = new TGraph("dedx.dat","%lg %lg"); dedx->Draw("AL"); Tcanvas* c1 = new TCanvas(); f->Draw(); // essa é a mesma função usada anteriormente TRandom *r = new TRandom(); TH2F* h2 = new TH2F("h2", "#DeltaE_{gas} x E_{total} para ^{7}Li", 100,0,10,100,0,2); for(int i=0;i<8000;i++) { float e = f->GetRandom(); float de = r->Gaus(dedx->Eval(e),0.1); h2->Fill(e,de); } Tcanvas* c2 = new TCanvas(); gStyle->SetPalette(1,0); h2->Draw("colz"); O ROOT possui objetos pré-definidos para auxiliar a configuração geral do ambiente. Dentre eles estão: gStyle (TStyle)→ configurações padrões de estilos gráficos gROOT (TROOT)→ controle geral do ROOT gSystem (TSystem) → interface com sistema operacional gPad (TPad) → sempre aponta para o pad que esta acionado

17. Fazendo projeções de um histograma • Projetar o histograma no eixo-y (similar para o eixo-x) • ProjectionY(“nome”,bin1,bin2,”opções”); • Note que os parâmetros são os números dos bins e não os valores no eixo  • Exemplo TAxis* X = h2->GetXaxis(); int bin1=X->FindBin(7.5); Int bin2=X->FindBin(9) TH1D* projTotal = h2->ProjectionY(“total”); TH1D* projBins = h2->ProjectionY(“bins”,bin1,bin2); projTotal->Draw(); projBins->Draw(“same”);

18. Gravando objetos em arquivos .root • Ok, criei meus gráficos, histogramas, funções ou qualquer outro objeto do ROOT. Como eu posso armazená-los? • O Root possui um sistema de arquivos complexos, onde TODOS os seus objetos podem ser salvos em um arquivo com estrutura de diretórios. • TFile • Classe do ROOT para abrir, ler, gravar e manipular arquivos .root

19. TFile: Gravando objetos em um arquivo • Uso • TFile f(“nome_do_arquivo”,”opções”); • TFile* f = new TFile(“nome_do_arquivo”,”opções”); • Opções • NEW ou CREATE – Abre o arquivo para escrita. Se o arquivo já existir, nada acontece • RECREATE – Abre a arquivo para escrita. Se o arquivo já existir, escreve por cima. • READ (ou sem opção) – Abre o arquivo para leitura. • Gravando e lendo objetos • Para gravar, use a função Write() dos objetos a serem gravados • Para ler, use a função Get(“nome”) do objeto TFile

20. Gravando objetos no arquivo (Write) • Criamos vários objetos em vários exemplos. Como podemos gravá-los em um arquivo? TFile file("teste.root","RECREATE"); file.cd(); // muda o diretorio padrão para o arquivo criado g->Write(); dedx->Write(); f->Write(); h->Write(); h2->Write(); projTotal->Write(); projBins->Write(); file.ls(); // lista o conteudo do arquivo file.Close(); // fecha o arquivo

21. Lendo objetos do arquivo (Get) • Como eu recupero o histograma “h2” do arquivo? • O importante são os nomes dos objetos, que se obtém a partir do método ls() da classe TFile. TFile file("teste.root"); // abrir para leitura file.cd(); TH2F* myhist = (TH2F*)file.Get(“h2”); myhist->Draw(“colz”); • Importante!!! • Não feche o arquivo enquanto estiver trabalhando com o histograma, pois o mesmo será removido da memória

22. ROOT e a interface gráfica • O uso do ROOT em linha de comando é bastante útil • Permite automatizar as tarefas • Possibilidades praticamente ilimitadas • Análises complexas • Porém, muitos atributos podem ser alterados graficamente • Torna a manipulação mais fácil e intuitiva no mundo “for windows” atual • O ROOT possui uma interface gráfica com recursos complexos (e em expansão).

23. TBrowser Interface gráfica para navegar os arquivos e objetos na memória do computador new TBrowser();

24. TCanvas Janela gráfica para uso geral (use botão da direita para menus) new TCanvas();

25. TCanvas (editor e toolbar)

26. Próxima semana • Os conceitos básicos para uma análise de dados no nosso ambiente foram exploradas com o ROOT. • É possível ir adiante? • É claro, as possibilidades são muita grandes • Semana que vem • ScanRoot • Adaptando o ROOT às necessidades das análises no Pelletron • Como usar e tirar proveito do ROOT nesse ambiente • Lendo arquivos .FIL, .spk e trabalhando como os nossos dados • Bananas, projeções, contas com parâmetros, etc.

27. Extras... Para quem estiver interessado • Entrada e saída de dados em um arquivo texto • Na primeira aula nós vimos como entrar e sair dados do teclado e monitor • cout << “Ola, quantos anos voce tem? “; • cin >> idade; • O c++ permite a mesma estrutura para entrada e saída de dados de um arquivo através das classes • ifstream • Para entrada de dados • ofstream • Para saída de dados

28. Entrada de dados a partir de um arquivo ASCII • Vamos utilizar o mesmo arquivo do começo dessa apresentação • dados.dat – três colunas de dados float x[100],y[100],e[100]; // vetores para armazenar os dados ifstream entrada(“dados.dat”); // cria o objeto entrada para ler os dados int n = 0; // numero de linhas lidas while(!entrada.eof()) // a função eof() indica se chegou no fim do arquivo { entrada >> x[n] >> y[n] >> e[n]; // mesma sintaxe do cin n++ } entrada.close(); // fecha o arquivo

29. Saída de dados para um arquivo ASCII • Vamos escrever os dados lidos na transparência anterior para um arquivo novosDados.dat • três colunas de dados x, y, e // of vetores de dados (x,y,e) bem como o numero de dados (n) // supõe-se já definidos na transparência anterior ofstream saida(“novosDados.dat”); // cria o objeto saída para os dados for(int i=0; i<n; i++) // loop sobre todos os dados { saida <<x[i]<<“ “<<y[i]<<“ “<<e[i]<<endl; // mesma sintaxe do cout } saida.close(); // fecha o arquivo