NtupleManager.cc

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//   COCOA class implementation file
//Id:  NtupleManager.cc
//CAT: Analysis
//
//   History: v1.0
//   Luca Scodellaro
#include "TROOT.h"
#include <cstdlib>
#include <fstream>

#include "Alignment/CocoaModel/interface/Model.h"
#include "Alignment/CocoaFit/interface/NtupleManager.h"
#include "Alignment/CocoaFit/interface/FittedEntry.h"
#include "Alignment/CocoaModel/interface/Measurement.h"
#include "Alignment/CocoaModel/interface/OpticalObject.h"
#include "Alignment/CocoaModel/interface/Entry.h"
// #include "Alignment/CocoaUtilities/interface/ALIUtils.h"
// #include "Alignment/CocoaUtilities/interface/GlobalOptionMgr.h"
#include "TFile.h"
#include "TTree.h"
#include "TClonesArray.h"
//#include "TMath.h"

NtupleManager* NtupleManager::instance = nullptr;

//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
//@@  Gets the only instance of Model
//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
NtupleManager* NtupleManager::getInstance() {
  if (!instance) {
    instance = new NtupleManager;
  }
  return instance;
}

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//@@ Book ntuple
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void NtupleManager::BookNtuple() {
  theRootFile = new TFile("report.root", "RECREATE", "Simple ROOT Ntuple");

  CocoaTree = new TTree("CocoaTree", "CocoaTree");

  CocoaTree->Branch("Chi2Measurements", &Chi2Measurements, "Chi2Measurements/D");
  CocoaTree->Branch("Chi2CalibratedParameters", &Chi2CalibratedParameters, "Chi2CalibratedParameters/D");
  CocoaTree->Branch("NDegreesOfFreedom", &NDegreesOfFreedom, "NDegreesOfFreedom/I");

  CloneFitParam = new TClonesArray("FitParam");
  CocoaTree->Branch("FitParameters", &CloneFitParam, 32000, 2);
  CocoaTree->Branch("NFitParameters", &NFitParameters, "NFitParameters/I");

  CloneOptObject = new TClonesArray("OptObject");
  CocoaTree->Branch("OptObjects", &CloneOptObject, 32000, 2);
  CocoaTree->Branch("NOptObjects", &NOptObjects, "NOptObjects/I");

  CloneSensor2DMeas = new TClonesArray("Sensor2DMeas");
  CocoaTree->Branch("Sensor2DMeasurements", &CloneSensor2DMeas, 32000, 2);
  CocoaTree->Branch("NSensor2D", &NSensor2D, "NSensor2D/I");

  CloneDistancemeterMeas = new TClonesArray("DistancemeterMeas");
  CocoaTree->Branch("DistancemeterMeasurements", &CloneDistancemeterMeas, 32000, 2);
  CocoaTree->Branch("NDistancemeter", &NDistancemeter, "NDistancemeter/I");

  CloneDistancemeter1DimMeas = new TClonesArray("Distancemeter1DimMeas");
  CocoaTree->Branch("Distancemeter1DimMeasurements", &CloneDistancemeter1DimMeas, 32000, 2);
  CocoaTree->Branch("NDistancemeter1Dim", &NDistancemeter1Dim, "NDistancemeter1Dim/I");

  CloneTiltmeterMeas = new TClonesArray("TiltmeterMeas");
  CocoaTree->Branch("TiltmeterMeasurements", &CloneTiltmeterMeas, 32000, 2);
  CocoaTree->Branch("NTiltmeter", &NTiltmeter, "NTiltmeter/I");

  CloneCopsMeas = new TClonesArray("CopsMeas");
  CocoaTree->Branch("CopsMeasurements", &CloneCopsMeas, 32000, 2);
  CocoaTree->Branch("NCops", &NCops, "NCops/I");

  theRootFile->Add(CocoaTree);

  //   FitParametersTree = new TTree("FitParametersTree","FitParametersTree");
  //   FitParametersTree->Branch("NFitParameters",&NFitParameters,"NFitParameters/I");
  //   BookFitParameters = false;
  //   theRootFile->Add(FitParametersTree);

  //   MeasurementsTree = new TTree("MeasurementsTree","MeasurementsTree");
  //   MeasurementsTree->Branch("NMeasurements",&NMeasurements,"NMeasurements/I");
  //   BookMeasurements = false;
  //   theRootFile->Add(MeasurementsTree);
}
//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
//@@ Init ntuple
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void NtupleManager::InitNtuple() {
  CloneFitParam->Clear();

  Chi2Measurements = 0.;
  Chi2CalibratedParameters = 0.;
  NDegreesOfFreedom = 0;
  NFitParameters = 0;
  NOptObjects = 0;
  NSensor2D = 0;
  NDistancemeter = 0;
  NDistancemeter1Dim = 0;
  NTiltmeter = 0;
  NCops = 0;
}
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//@@ Fill ntuple tree
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void NtupleManager::FillNtupleTree() { CocoaTree->Fill(); }
//@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
//@@ Close ntuple
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void NtupleManager::WriteNtuple() {
  theRootFile->Write();
  theRootFile->Close();
}
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//@@ Close ntuple
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void NtupleManager::FillChi2() {
  double chi2meas = 0;
  double chi2cal = 0;
  ALIint nMeas = 0, nUnk = 0;

  //----- Calculate the chi2 of measurements
  std::vector<Measurement*>::const_iterator vmcite;
  for (vmcite = Model::MeasurementList().begin(); vmcite != Model::MeasurementList().end(); ++vmcite) {
    for (ALIuint ii = 0; ii < ALIuint((*vmcite)->dim()); ii++) {
      nMeas++;
      double c2 = ((*vmcite)->value(ii) - (*vmcite)->valueSimulated(ii)) / (*vmcite)->sigma(ii);
      chi2meas += c2 * c2;
    }
  }

  //----- Calculate the chi2 of calibrated parameters
  std::vector<Entry*>::iterator veite;
  for (veite = Model::EntryList().begin(); veite != Model::EntryList().end(); ++veite) {
    if ((*veite)->quality() == 2)
      nUnk++;
    if ((*veite)->quality() == 1) {
      //       std::cout << " " << (*veite)->valueDisplacementByFitting() << " "
      //        << (*veite)->value << " " << (*veite)->sigma() << std::endl;
      double c2 = (*veite)->valueDisplacementByFitting() / (*veite)->sigma();
      chi2cal += c2 * c2;
    }
  }

  Chi2Measurements = chi2meas;
  Chi2CalibratedParameters = chi2cal;
  NDegreesOfFreedom = nMeas - nUnk;
}
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//@@ Fill ntuple with fitted parameters
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void NtupleManager::FillFitParameters(MatrixMeschach* AtWAMatrix) {
  //   double ParValue[1000], ParError[1000];
  int theMinEntryQuality = 1;
  int ii = 0;
  std::vector<Entry*>::const_iterator vecite;
  for (vecite = Model::EntryList().begin(); vecite != Model::EntryList().end(); ++vecite) {
    //--- Only for good quality parameters (='unk')
    if ((*vecite)->quality() >= theMinEntryQuality) {
      ALIint ipos = (*vecite)->fitPos();
      FittedEntry* fe = new FittedEntry((*vecite), ipos, sqrt(AtWAMatrix->Mat()->me[ipos][ipos]));
      //       if (!BookFitParameters) {
      //    CocoaTree->Branch("NFitParameters",&NFitParameters,"NFitParameters/I:");
      //    ALIstring partype = fe->getName() + "/D";
      //    FitParametersTree->Branch(fe->getName().c_str(), &ParValue[ii], partype.c_str());
      //    ALIstring parerrname = fe->getName() + "_err";
      //    ALIstring parerrtype = parerrname + "/D";
      //    FitParametersTree->Branch(parerrname.c_str(), &ParError[ii], parerrtype.c_str());
      //       }
      //       ParValue[ii] = fe->getValue();
      //       ParError[ii] = fe->getSigma();
      std::cout << "EEE " << (*vecite)->ValueDimensionFactor() << " " << (*vecite)->SigmaDimensionFactor() << " "
                << fe->getOptOName() << " " << fe->getEntryName() << " " << fe->getName() << " " << fe->getOrder()
                << " " << fe->getQuality() << " " << (*vecite)->type() << " " << std::endl;
      FitParamA = new ((*CloneFitParam)[ii]) FitParam();
      FitParamA->Name = fe->getName();
      if (fe->getQuality() == 1)
        FitParamA->Quality = "Calibrated";
      else if (fe->getQuality() == 2)
        FitParamA->Quality = "Unknown";
      for (int no = 0; no < NOptObjects; no++) {
        OptObject* optobj = (OptObject*)CloneOptObject->At(no);
        if (optobj->Name == fe->getOptOName())
          FitParamA->OptObjectIndex = no;
      }
      float DF = 1.;
      if ((*vecite)->type() == "centre" || (*vecite)->type() == "length")
        DF = 1000.;
      FitParamA->InitialValue = DF * fe->getOrigValue() * (*vecite)->ValueDimensionFactor();
      FitParamA->InitialSigma = DF * fe->getOrigSigma() * (*vecite)->SigmaDimensionFactor();
      FitParamA->FittedValue = DF * fe->getValue() * (*vecite)->ValueDimensionFactor();
      FitParamA->FittedSigma = DF * fe->getSigma() * (*vecite)->SigmaDimensionFactor();
      ii++;
    }
  }
  //   BookFitParameters = true;
  NFitParameters = ii;
  //   FitParametersTree->Fill();

  /*  
  //---------- Loop sets of entries
  std::vector< FittedEntriesSet* > theFittedEntriesSets;
  std::vector< FittedEntriesSet* >::const_iterator vfescite;
  std::vector< FittedEntry* >::const_iterator vfecite;
  ALIint jj = 1;
  for( vfescite = theFittedEntriesSets.begin(); vfescite != theFittedEntriesSets.end(); vfescite++) {
    //---------- Loop entries
    if( vfescite == theFittedEntriesSets.begin() ) {
    //----- dump entries names if first set 
      ALIint ii = 0;
      for( vfecite = ((*vfescite)->FittedEntries()).begin(); vfecite != ((*vfescite)->FittedEntries()).end(); vfecite++) {
    ALIstring partype = (*vfecite)->getName() + "/D";
    FitParametersTree->Branch((*vfecite)->getName().c_str(), &ParValue[ii], partype.c_str());
    ALIstring parerrname = (*vfecite)->getName() + "_err";
    ALIstring parerrtype = parerrname + "/D";
    FitParametersTree->Branch(parerrname.c_str(), &ParError[ii], parerrtype.c_str());
        ii++;
      }
    }
    ALIint ii = 0;
    for( vfecite = ((*vfescite)->FittedEntries()).begin(); vfecite != ((*vfescite)->FittedEntries()).end(); vfecite++) {
      ParValue[ii] = (*vfecite)->getValue();
      ParError[ii] = (*vfecite)->getSigma();
      ii++;
    }
    NFitParameters = ii;
    FitParametersTree->Fill();
    jj++;
  }
  */
}
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//@@ Fill ntuple with optical object positions and orientations
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void NtupleManager::FillOptObjects(MatrixMeschach* AtWAMatrix) {
  int ii = 0;
  std::vector<OpticalObject*>::const_iterator vecobj;
  for (vecobj = Model::OptOList().begin(); vecobj != Model::OptOList().end(); ++vecobj) {
    OptObjectA = new ((*CloneOptObject)[ii]) OptObject();

    OptObjectA->Name = (*vecobj)->name();
    OptObjectA->Type = (*vecobj)->type();

    if (!(*vecobj)->parent()) {
      OptObjectA->Parent = ii;
      ii++;
      continue;
    }

    int pp = 0;
    std::vector<OpticalObject*>::const_iterator vecobj2;
    for (vecobj2 = Model::OptOList().begin(); vecobj2 != Model::OptOList().end(); ++vecobj2) {
      if ((*vecobj2)->name() == (*vecobj)->parent()->name()) {
        OptObjectA->Parent = pp;
        continue;
      }
      pp++;
    }

    OptObjectA->CentreGlobal[0] = 1000. * (*vecobj)->centreGlobal().x();
    OptObjectA->CentreGlobal[1] = 1000. * (*vecobj)->centreGlobal().y();
    OptObjectA->CentreGlobal[2] = 1000. * (*vecobj)->centreGlobal().z();

    OptObjectA->CentreLocal[0] = 1000. * (*vecobj)->centreLocal().x();
    OptObjectA->CentreLocal[1] = 1000. * (*vecobj)->centreLocal().y();
    OptObjectA->CentreLocal[2] = 1000. * (*vecobj)->centreLocal().z();

    OptObjectA->AnglesLocal[0] = (*vecobj)->getEntryRMangle(XCoor);
    OptObjectA->AnglesLocal[1] = (*vecobj)->getEntryRMangle(YCoor);
    OptObjectA->AnglesLocal[2] = (*vecobj)->getEntryRMangle(ZCoor);

    double theta[3];
    GetGlobalAngles((*vecobj)->rmGlob(), theta);
    for (int i = 0; i < 3; i++)
      OptObjectA->AnglesGlobal[i] = theta[i];

    ii++;
  }

  NOptObjects = ii;
}
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//@@ Fill ntuple with measurements
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void NtupleManager::FillMeasurements() {
  //---------- Loop Measurements
  int ss = 0, dd = 0, d1 = 0, tt = 0, cc = 0;
  std::vector<Measurement*>::const_iterator vmcite;
  for (vmcite = Model::MeasurementList().begin(); vmcite != Model::MeasurementList().end(); ++vmcite) {
    std::vector<ALIstring> optonamelist = (*vmcite)->OptONameList();
    int last = optonamelist.size() - 1;
    ALIstring LastOptOName = optonamelist[last];
    int optoind = -999;
    for (int no = 0; no < NOptObjects; no++) {
      OptObject* optobj = (OptObject*)CloneOptObject->At(no);
      if (optobj->Name == LastOptOName)
        optoind = no;
    }
    //std::cout << "DimSens " << (*vmcite)->type() << " " << (*vmcite)->sigma(0) << " " << LastOptOName << " " << optoind << std::endl;
    if ((*vmcite)->type() == "SENSOR2D") {
      Sensor2DMeasA = new ((*CloneSensor2DMeas)[ss]) Sensor2DMeas();
      Sensor2DMeasA->Name = (*vmcite)->name();
      Sensor2DMeasA->OptObjectIndex = optoind;
      for (ALIuint i = 0; i < (*vmcite)->dim(); i++) {
        Sensor2DMeasA->Position[i] = 1000. * (*vmcite)->value()[i];
        Sensor2DMeasA->PosError[i] = 1000. * (*vmcite)->sigma()[i];
        Sensor2DMeasA->SimulatedPosition[i] = 1000. * (*vmcite)->valueSimulated(i);
      }
      ss++;
    }
    if ((*vmcite)->type() == "DISTANCEMETER") {
      DistancemeterMeasA = new ((*CloneDistancemeterMeas)[dd]) DistancemeterMeas();
      DistancemeterMeasA->Name = (*vmcite)->name();
      DistancemeterMeasA->OptObjectIndex = optoind;
      DistancemeterMeasA->Distance = 1000. * (*vmcite)->value()[0];
      DistancemeterMeasA->DisError = 1000. * (*vmcite)->sigma()[0];
      DistancemeterMeasA->SimulatedDistance = 1000. * (*vmcite)->valueSimulated(0);
      dd++;
    }
    if ((*vmcite)->type() == "DISTANCEMETER1DIM") {
      Distancemeter1DimMeasA = new ((*CloneDistancemeter1DimMeas)[d1]) Distancemeter1DimMeas();
      Distancemeter1DimMeasA->Name = (*vmcite)->name();
      Distancemeter1DimMeasA->OptObjectIndex = optoind;
      Distancemeter1DimMeasA->Distance = 1000. * (*vmcite)->value()[0];
      Distancemeter1DimMeasA->DisError = 1000. * (*vmcite)->sigma()[0];
      Distancemeter1DimMeasA->SimulatedDistance = 1000. * (*vmcite)->valueSimulated(0);
      d1++;
    }
    if ((*vmcite)->type() == "TILTMETER") {
      TiltmeterMeasA = new ((*CloneTiltmeterMeas)[tt]) TiltmeterMeas();
      TiltmeterMeasA->Name = (*vmcite)->name();
      TiltmeterMeasA->OptObjectIndex = optoind;
      TiltmeterMeasA->Angle = (*vmcite)->value()[0];
      TiltmeterMeasA->AngError = (*vmcite)->sigma()[0];
      TiltmeterMeasA->SimulatedAngle = (*vmcite)->valueSimulated(0);
      tt++;
    }
    if ((*vmcite)->type() == "COPS") {
      CopsMeasA = new ((*CloneCopsMeas)[cc]) CopsMeas();
      CopsMeasA->Name = (*vmcite)->name();
      CopsMeasA->OptObjectIndex = optoind;
      for (ALIuint i = 0; i < (*vmcite)->dim(); i++) {
        CopsMeasA->Position[i] = 1000. * (*vmcite)->value()[i];
        CopsMeasA->PosError[i] = 1000. * (*vmcite)->sigma()[i];
        CopsMeasA->SimulatedPosition[i] = 1000. * (*vmcite)->valueSimulated(i);
      }
      cc++;
    }
  }
  NSensor2D = ss;
  NDistancemeter = dd;
  NDistancemeter1Dim = d1;
  NTiltmeter = tt;
  NCops = cc;
  //   MeasurementsTree->Fill();
}
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//@@ Get global angles from global matrix rotation
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void NtupleManager::GetGlobalAngles(const CLHEP::HepRotation& rmGlob, double* theta) {
  double xx = rmGlob.xx();
  if (fabs(xx) < 1.e-08)
    xx = 0.;
  double xy = rmGlob.xy();
  if (fabs(xy) < 1.e-08)
    xy = 0.;
  double xz = rmGlob.xz();
  if (fabs(xz) < 1.e-08)
    xz = 0.;
  double yx = rmGlob.yx();
  if (fabs(yx) < 1.e-08)
    yx = 0.;
  double yy = rmGlob.yy();
  if (fabs(yy) < 1.e-08)
    yy = 0.;
  double yz = rmGlob.yz();
  if (fabs(yz) < 1.e-08)
    yz = 0.;
  double zx = rmGlob.zx();
  if (fabs(zx) < 1.e-08)
    zx = 0.;
  double zy = rmGlob.zy();
  if (fabs(zy) < 1.e-08)
    zy = 0.;
  double zz = rmGlob.zz();
  if (fabs(zz) < 1.e-08)
    zz = 0.;

  double beta = asin(-zx);

  double alpha, gamma;
  if (fabs(zx) != 1.) {
    double sinalpha = zy / cos(beta);
    double cosalpha = zz / cos(beta);
    if (cosalpha >= 0)
      alpha = asin(sinalpha);
    else
      alpha = M_PI - asin(sinalpha);
    if (alpha > M_PI)
      alpha -= 2 * M_PI;

    double singamma = yx / cos(beta);
    double cosgamma = xx / cos(beta);
    if (cosgamma >= 0)
      gamma = asin(singamma);
    else
      gamma = M_PI - asin(singamma);
    if (gamma > M_PI)
      gamma -= 2 * M_PI;

  } else {
    alpha = 0.;

    double singamma = yz / sin(beta);
    double cosgamma = yy;
    if (cosgamma >= 0)
      gamma = asin(singamma);
    else
      gamma = M_PI - asin(singamma);
    if (gamma > M_PI)
      gamma -= 2 * M_PI;
  }

  int GotGlobalAngles = 0;
  if (fabs(xy - (sin(alpha) * sin(beta) * cos(gamma) - sin(gamma) * cos(alpha))) > 1.e-08)
    GotGlobalAngles += 1;
  if (fabs(xz - (cos(alpha) * sin(beta) * cos(gamma) + sin(gamma) * sin(alpha))) > 1.e-08)
    GotGlobalAngles += 10;
  if (fabs(yy - (sin(alpha) * sin(beta) * sin(gamma) + cos(gamma) * cos(alpha))) > 1.e-08)
    GotGlobalAngles += 100;
  if (fabs(yz - (cos(alpha) * sin(beta) * sin(gamma) - cos(gamma) * sin(alpha))) > 1.e-08)
    GotGlobalAngles += 1000;
  if (GotGlobalAngles > 0)
    std::cout << "NtupleManager Warning: cannot get global rotation: " << GotGlobalAngles << std::endl;

  theta[0] = alpha;
  theta[1] = beta;
  theta[2] = gamma;
}