root iii (i/(i/o+ttree+tntuple (i/o+ttree+tntuple) …stefanek/zfj/root_lecture4_kielce.pdf ·...

ROOT – An Object-Oriented Data Analysis FrameworkGrzegorz Stefanek 1

ROOT III(I/O+TTree+TNtuple)

ROOT IIIROOT III(I/(I/O+TTree+TNtupleO+TTree+TNtuple))

Grzegorz StefanekJan Kochanowski University


ROOT – operacje I/OStruktura plików ROOT-

pliki ROOT mają

strukturę

katalogu w których podkatalogi i obiekty

są

zorganizowane w nieograniczoną

ilość

poziomów-

format plików ROOT jest niezależny maszynowo

-

w programach/skryptach plik jest obiektem klasy TFile-

struktura i zawartość

pliku może być

przegłądana

z użyciem

przeglądarki, tzn. obiektu klasy TBrowser-

struktura fizyczna i własności pliku mogą

być

przeglądane

z wykorzystaniem metody TFile::Map()- każdy plik ROOT posiada nagłówek opisujący podstawowe

parametry/własności pliku-

wszystkie klasy zapisane w pliku są

opisane w liście zwanej

StreamerInfo- bezpośredni (nie-sekwencyjny) dostęp do elementów pliku zapewniająklucze (TKeys) będace

obiektami klasy TKey

oraz metoda TFile::Get()


ROOT – operacje I/OStruktura plików ROOTPrzykład:

{char name[10],title[10]; TObjArray

Hlist(0); //utworzenie tablicy histogramów

TH1F *h; //utworzenie wskaźnika do hist// utworzenie 15 histogramów i dodanie do tablicy obiektówfor (Int_t

i=0;i<15;i++) {

sprintf(name,”h%d”,i);sprintf(title,”histogram

nr:%d”,i);

h = new

TH1F(name,title,100,-4,4);Hlist.Add(h);h->FillRandom(”gaus”,1000); }

// otwarcie pliku i zapis tablicy histogramówTFile

f(”histogramy.root”,”recreate”);

Hlist.Write();f.Close();

}


ROOT – operacje I/OStruktura plików ROOT

Otwieranie, przeglądanie plików:Tfile

f(”demo.root”);

Tbrowser

browser;

Sprawdzenie poprawnościotwarcia pliku:Tfile

f(”histogramy.root”);

if(f.IsZombie() {cout<<”Blad

otwarcia pliku”<<endl;

exit(-1);} else

{

……. }


ROOT – operacje I/OStruktura plików ROOTf.Map()

↑ ↑ ↑ ↑ ↑data/czas adres liczba klasa wspólczynnik

pocz. bytow

kompresjirekordu

← nagłowek

← histogramy

← StreamerInfo


ROOT – operacje I/OStruktura plików ROOTNagłówek pliku

zawiera szczegółowe informacje o pliku i pozwala

zidentyfikować

go jako zgodnego z formatem ROOT.

fVersion

pośrednio wskazuje na rozmiar pliku. nfree

i fNbytesFreeopisuje obszar pliku dostepny

do wykorzystania.


ROOT – operacje I/OStruktura plików ROOTStreamerInfo

zawiera szczegółowe informacje o wszystkich klasach

zapisanych w pliku, dostępne przez polecenie Tfile::ShowStreamerInfo.W rzeczywistości polecenie to pokazuje jedynie pierwsza linie opisu.


ROOT – operacje I/OStruktura plików ROOTROOT zawiera zlożony

mechanizm odzyskiwania zawartosci

plików

w przypadku problemów podczas sesji, TFile::Recover()

Metoda TFile::Map() odczytuje informacje sekwencyjnie. Dostęp sekwencjny

jest niewystarczający gdy przeprowadzamy analizę.

Potrzebny jest bezpośredni dostęp do obiektów w pliku z wykorzystaniemkluczy (TKeys) pełniących role indeksów obiektów.



Metoda TFile::Get() znajduje obiekt o kluczu TKey

o żądanej nazwie, TH1F *h9 = (TH1F*)f.Get(”h9”);

Przykład. (FileKey.C)

{TFile

f(”histogramy.root”);

TIter

next(f.GetListOfKeys());TKey

*key;

while((key=(TKey*)next())) {printf(”key:%s

points

to an object

of class: %s at

%d\n”,

key->GetName();key->GetClassName(),key->GetSeekKey());

} }



Przykład. (FileKey.C) –

output

Obok listy kluczy występują

też

inne listy:TFile::fFree, TFile::fListHead


ROOT – operacje I/O

Struktura plików ROOT


ROOT – operacje I/O

Struktura plików ROOTObiekt klasy TFile

zachowuje się

jak obiekt klasy TDirectory

(jest katalogiem). Jak w każdym katalogu można wyświetlać

jego zawartość

i tworzyć

podkatalogi. Podczas sesji ROOT cały czas jesteśmy

w katalogu, bierzacy

katalog jest przechowywany w gDirectory.

TFile

f(”histogramy.root”);f.ls(); // wyświetlenie zawartości plikugDirectory->pwd(); // bierzący

katalog

gDirectory->ls(”-m”); // obiekty w pamięcigDirectory->ls(”-d”); // obiekty na dyskugDirectory->GetList()->ls(); // lista obiektow

w pamięci

hist->SetDirectory(newDir); // histogram w nowym kataloguhist->Write(); // zapis obiektu na dyskf->Write(); // zapis wszystkich obiektów na dyskf->Close(); // zamknięcie pliku


ROOT – TTree/TNtupleDla zapisywania dużej liczby obiektów tej samej klasy ROOT udostępnia specjalnie do tego celu przeznaczone klasy TTree

(drzewo) , TNtuple.

Klasa Ttree

została zoptymizowana

w celu ograniczenia zajmowanej przestrzeni dyskowej oraz zwiększenia szybkości dostępu do obiektów w pliku.

TTree

pozwala na przechowanie wszystkich typów (prostych i złożonych)danych: obiektów i tablic obiektów.

TNtuple

jest przeznaczone do przechowywania liczb rzeczywistych.

W Ttree

zapisujemy bufory danych zwane gałęziami i wypełniamy je danymi pełniącymi rolę

liści. Bufory są

zapisywane, gdy zostaną

całkowicie zapełnione.

Obiekty w TTree

nie są

zapisywane pojedyńczo

lecz grupowane i zapisywane grupowo, dlatego pliku tworzone są

mniejsze niż

dla

obiektów zapisywanych pojedyńczo.


ROOT – TTree/TNtupleUżycie TTree

pozwala na znaczące skompresowanie nagłówków obiektów,

całkowity nagłówek jest redukowany z 60 do 4 bajtów.

TTree

optymizuje czas dostępu do pliku. Dane są

zapisywane w gałęziach pliku, a każda gałąź

może być

odczytana niezależnie od wszystkich

pozostałych.

Przykład:

Załóżmy że mamy 1mln przypadków zawierających dane Px, Py, a chcemy policzyć

Px2

+ Py2

dla każdego przypadku i wypełnić

histogram.

Dla danych zapisanych standardowo (bez TTree) należy wykonać:• wczytać

do pamięci każdy przypadek w całości

• pobrać

Px, Py

dla każdego przypadku• policzyć

Px2

+ Py2

• wypełnić

histogram

Musimy to wykonać

1mln razy co jest bardzo czasochłonne, a przecież

niepotrzebujemy całych przypadków.


ROOT – TTree/TNtupleJeśli używamy TTree

z jedną

gałęzią

zawierającą

Px, a drugą

zawierająca

Py. Wówczas możemy przeczytać

wszystkie wartości Px, Py

czytając jedynie gałęzie Px, Py.

Przykład:

Proste drzewo (TTree) , staff.root/

staff.C

/ cernstaff.dat

Cechy skryptu:

• definiuje strukturę

staff_t

opisującą

cechy personelu CERNu• otwiera plik ASCII, tworzy plik ..root oraz drzewo TTree• tworzy trzy gałęzie drzewa /staff, Division, Nation/ wraz z adresami początkowymi liści w oparciu o strukturę

staff_t

• wczytuje dane z pliku ASCII i zapisuje do struktury staff

oraz wypełnia drzewo tree

• zamyka plik ASCII i zapisuje plik ROOT (z drzewem tree) na dysk • f->Write() zapisuje drzewo tree• drzewo jest zapisane w pliku staff.root


ROOT – TTree/TNtupleDostęp do wejść

w ramach drzewa zapewnia metoda TTree::Show.

Przykładowy dostęp do wejścia nr 10:TFile

f(”staff.root”);

T->Show(10);


ROOT – TTree/TNtupleDostęp do struktury drzewa (ilość

wejść, gałęzie, drzewa) zapewnia

metoda TTree::Print.

Przykładowy dostęp do struktury drzewa:T->Print();


ROOT – TTree/TNtuplePrzeskanowanie zawartości wybranych liści w ramach drzewa zapewniametoda TTree::Scan

Przykładowe skanowanie kilku liści w ramach drzewaT->Scan(”Cost:Age:Children”);


ROOT – TTree/TNtupleTTree

Viewer

(przeglądarka drzew).

TTree

Viewer

pozwala na szybkie i proste przeglądanie struktury i własności drzew w plikach.

Uruchamianie:

-

klikniecie myszą

na TTree

i wyselekcjonowanie StartViewer

-

TFile

f(”staff.root”);T->StartViewer()

-

gSystem->Load(”libTreeViewer.so”);new

TTreeViewer();

// start TTree

Viewer

bez pliku



Viewer


->

Panelz listą

drzew

i ich gałęzi

<-

Panel z listązmiennych

i liści

Komendy użytkownika

↓

Opcjerysowania

↓

Nazwahistogramu

↓



Viewer


←

Zapis sesjido plikuhistorii

PrzekierowanieTTree::Scan

do pliku ASCII

↓

Przełącznikmodu

rysowania

histogramu

↓

Rysowaniewielowy-miarowychhistogramów

→



Viewer


Pasek ustawianiapoczątku,końca zakresuwejść

→

↑Nazwa listywejściowej (TList)

↑Nazwa listywyjściowej (TList)


ROOT – TTree/TNtupleTBranch

– gałęzie drzewa

• gałąź

jest elementem drzewa i jest klasy TBranch

• dla dodania gałęzi do drzewa należy uzyć

metody TTree::Branch()

• organizacja gałęzi pozwala na zoptymalizowanie danych dla projektowanego ich użycia

• jeśli dwie zmienne są

niezależne i nie będą

używane razem to powinnybyć

umieszczone w osobnych gałęziach

• jeśli zmienne są

związane (jak np. współrzędne punktów) to należy jeumieścić

w tej samej gałęzi

• każda z gałęzi może być

zapisywana do oddzielnego pliku

• gałęzie mogą

się

znacznie różnic w zależności od tego jakie informacje(listy zmiennych prostych, całe złożone obiekty, zawartość

katalogu,

tablice obiektów) są

w nich zapisane



– gałąź

z listą

zmiennych

Tworzenie listy:tree->Branch(”EV_Branch”,&event,”temp/F:ntrack/I:nseq:flag/i”);

gdzie EV_Branch

–

nazwa gałęzi&event

–

adress

od którego musi być

czytany pierwszy element listy

temp/F –

zmienna typu rzeczywistegontrack/I –

zmienna typu integer

flag/i –

zmienna typu integer

bez znaku

ogólnie trzeci parametr ma postać

<Zmienna>/<Typ>:<Zmienna>/<Typ> gdzie<Typ>= C –

łańcuch znakowy zakończony 0, B,S,I,L

–

integer

(8,16,32,64 bity)

ze znakiem, b,s,i,l

–

integer

(8,16,32,64 bity) bez znaku, F,D

–

liczba rzeczywista (32,64 bity)

Brak oznaczenia typu oznacza poprzedni (w parametrze) typ lub F.

Nazwy liści nie zapewniają

dostąpu

do zmiennych. Zmienne występujące w trzecim parametrze TTree::TBrach

muszą

być

umieszczane w strukturze

(staff.C).



– gałąź

z listą

zmiennych

Lista może zawierać

całą

tablicę

zmiennych:

Float_t

f[10];

tree->Branch(”fBranch”,f,”f[10]/F”);

w tym tablicę

o zmiennym rozmiarze

TFile

*f = new

TFile(”photon.root”,”recreate”);

Int_t

nPhot;

Float_t

E[500];

TTree* nEmcPhotons

= new

TTree(”nEmcPhotons”,”EMC

Photons”);

nEmcPhotons->Branch(”nPhot”,&nPhot,”nPhot/I”);nEmcPhotons->Branch(”E”,E,”E[nPhot]/F”);



– gałąź

zawierająca obiekt

Przykład:.L libEvent.so

// biblioteka z definicja klasy Event

TFile

*f = new

TFile(”ObjectFile.root”,”RECREATE”);

TTree

*tree

= new

TTree(”T”,”Object

Tree”);

Event

*event

= new

Event(); // wskaznik

do obiektu klasy Event

tree->Branch(”EventBranch”,”Event”,&event,32000,99);

gdzie EventBranch

–

nazwa gałęziEvent

–

klasa obiektu

&event

–

adres wskaźnika do umieszczanego obiektu 32000 –

standardowy rozmiar bufora (32000 bytes) w tej konfiguracji

99 –

poziom rozszczepienia gałęzi na podgałęzie

Rozszczepienie gałęzi tworzenie podgałęzi dla każdego elementu danych w ramach obiektu. Poziom rozszczepienia może wynosić

0 (1 gałąź),

1 (każdy element danych obiektu ma gałąź), 2,3 …, 99. Im więcej gałęzi ( rozszczepień) tym mniejszy rozmiar bufora.



– gałąź

zawierająca obiekt

Dwie klasy ROOT dedykowane obiektom : TObjArray, TClonesArray.TObjArray

słuzy

do przechowywania obiektów różnych klas,

TClonesArray

przechowuje obiekty tej samej klasy czyli każdy obiektma ten sam rozmiar.

Dla TObjArray

pamięć

musi być

przydzielana i zwalniana dla każdego Obiektu, TClonesArray

używa ciągle tego samego fragmentu pamięci.

Przykład:

Mamy 100.000 przypadków z 10000 śladów każdy, czyli razem 109

śladów. Używając TObjArray

dla śladów musimy przydzielać/zwalniaćpamięć

109

razy co wymaga kilku godzin. Używając TClonesArray

nie potrzebujemy dodatkowego czasu na manipulowanie pamięcią.



– gałęzie z katalogów, ze zbiorów elementów (kolekcji)

tree->Branch(„/aFolder”); // tworzy gałąź

z każdego// elementu w katalogu

// zwraca całkowitą

liczbę

gałęzi

tree->Branch(*aCollection, 8000, 99, *col);

gdzie aCollection

–

wskaźnik do zbioru8000 –

rozmiar bufora

99 –

stopien

rozszczepieniacol

–

nazwa rozpoczynająca każda gałąź

(col_ )

Metoda Branch

tworzy jedną

gałąź

z każdego elementu kolekcji.Poziom rozszczepienia może być

różny w zależności od tego czy każdy

z elementów kolekcji jest klasy TCollection

czy tez nie.



– przykłady:

1) Prosty przykład zapisu i odczytu z pliku z drzewem –

tree1.CZawiera główna funkcję

tree1 oraz funkcje zapisu tree1w

i odczytu tree1r.Jeśli skrypt nie jest uruchamiany w wersji „batch”

to wyświetla

drzewo w przeglądarce i i TreeViewer.

Metody uruchomienia: >.x tree1.C // uruchamiana cala funkcja

// z wykorzystaniem interpretera

>.x tree1.C++ // uruchomienie po wykonaniu kompilacji// z wykorzystaniem kompilatora

>.L tree1.C // wczytanie skryptu do ROOTa> tree1w() // uruchomienie funkcji ze skryptu> tree1r() // uruchomienie funkcji ze skryptu

t1->SetBranchAddress() –

ustawienie adressu

do zmiennej w drzewiet1->GetEntry() –

pobranie jednego wejścia w drzewie



– przykłady:

2) Bardziej złożony przykład (tree2.C) pokazujący jak:-

jak tworzyć

gałęzie ze struktur C++

-

jak utworzyć

gałąź

z tablicy o stałym rozmiarze-

jak utworzyć

gałąź

z tablicy o zmiennym rozmiarze

-

jak czytać

określone gałęzie-

jak wypełniać

histogramy z gałęzi

-

jak wykorzystać

TTree::Draw

dla prezentacji histogramu 3D

W przykładzie wykorzystywany jest pakiet Geant3, a struktura jest wypełniana przez funkcje Geant3 w każdym kroku w polu magnetyczny (funkcja helixStep). Dla wypełniania drzewa wystarczy metoda TTree::Fill

Tworzenie gałęzi z tablicy o stałym rozmiarze: > t2.Branch(”vect”,gstep.vect,”vect[7]/F”);

Tworzenie gałęzi z tablicy o zmiennym rozmiarze:> t2.Branch(”nmec”,&gstep.nmec,”nmec/I”);> t2.Branch(”lmec”,gstep.lmec,”lmec[nmec]/I”);



– przykłady:

2) Analiza w przykładzie (tree2.C):

Odczyt pojedynczej gałęzi zamiast całej struktury.> TBranch

*b_destep

= t2->GetBranch(”destep”);

Ustawienie adresu do gałęzi destep.> b_destep->SetAddress(&destep);

Użycie metody TTree::GetEntry

dla pobrania zawartości gałęzi.> b_destep->GetEntry(i);

Wypełnienie histogramu wejściami z gałęzi destep.> hdestep->Fill(destep);

Narysowanie histogramu i dopasowanie funkcji Gaussa.> hdestep->Fit(”gaus”);

Dodatkowo rysowana jest trajektoria cząstki z wykorzystaniem trzech wartości zapisanych w wektorze> t2->Draw(”vect[0]:vect[1]:vect[2]”);



–

3 opcje czytania (GetEntry) przypadków z drzewa:

Event

*event

=0;

T.SetBranchAddress(”event”,&event);

1) Standardowa (rekomendowana)for (Int_t

i=0;i<nentries;i++) {

T.GetEntry(i); }

2) Z wykorzystaniem AutoDeleteTBranch

*branch

= T.GetBranch(”event”);

branch->SetAddress(&event);branch->SetAutoDelete(kTRUE);for (Int_t


T.GetEntry(i);

}

3) Z samodzielnym kasowaniem przypadkufor (Int_t


delete

event;

event

= 0;

T.GetEntry(i); }


ROOT – TTree/TNtuple

Bardziej złożone przykłady drzew w plikach:

-

hsimple.root

(ntuple)

-

tree_01I_shift_pion.root

(analiza efektu „flow”

dla hiperonów Λ)

-

t49run4047.root

(dane eksperymentu NA49 w formacie ROOT)


ROOT – Tekst/LatexTekst może być

dodawany wprost na histogramach (w oknach).

Edytor posiada wbudowany element związany z edycja teksu(toolbar

)

Tekst może być:-

modyfikowany

-

przemieszczany- skalowany-

obracany


ROOT – Tekst/LatexElementy ROOT wykorzystujące Latex:

- tytuły histogramówh->SetTitle(”p_{T} distribution”);

- tytuły osi histogramówh->GetXaxix("p_{T} (GeV/c) ");h->GetYaxis(Nevents);

-

legenda do wykresuTLegend

*legend1=new TLegend(0.25,0.58,0.4,0.8);

legend1->SetFillColor(10);legend1->SetTextFont(72);legend1->SetTextSize(0.045);legend1->SetBorderSize(0);legend1->AddEntry(gr1," #pi^{+}, #pi^{-} ","p");legend1->AddEntry(gr4," K^{0}_{s} ","p");legend1->AddEntry(gr2," p ","p");legend1->AddEntry(gr3," #Lambda ","p");


ROOT – Tekst/LatexElementy ROOT wykorzystujące Latex:

- komentażeTLatex

gty;

gty->SetTextColor(1);gty->SetTextSize(0.04);gty->SetTextAlign(12);gty->SetTextAngle(90);gty.DrawLatex(0.95,0.006,"#Gamma = 2#sigma[GeV]");

-

formuły matematyczne

=


ROOT – Tekst/LatexZłożone przykłady wykorzystania Latex’a

w pakiecie ROOT:

latex.Clatex2.Clatex3.C

symbole greckie latex4.Csymbole matematyczne latex5.C

root iii (i/(i/o+ttree+tntuple (i/o+ttree+tntuple) …stefanek/zfj/root_lecture4_kielce.pdf ·...

Documents