データ解析の編集

[[サマーチャレンジ 2017]]

#contents
*ROOT [#w92b2400]
ROOTはCERN （欧州共同原子核研究機構）によって開発されたデータ解析用ソフトウェアであり、高エネルギー物理学の分野で広く使用されている。ROOTはC++プログラムで動作させることができ、ヒストグラム作成やグラフ描画、フィッティング等のデータ解析に必要な処理を簡単に取り扱うことができる。
CENTER:&ref(./rooticon.jpg,20%);&ref(./rootIcon2.jpg,25%);

**ROOTのインストール [#p03a1e08]
ROOTは[[CERN:http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html]]
（欧州共同原子核研究機構）によって開発されたデータ解析用ソフトウェアであり、高エネルギー物理学の分野で広く使用されている。ROOTはC++プログラムで動作させることができ、ヒストグラム作成やグラフ描画、フィッティング等のデータ解析に必要な処理を簡単に取り扱うことができる。

1. http://root.cern.ch/root/から”Download”をクリックし、”recommended(赤文字)”を選択する。
    その中の下の方にある”Windows”以下にある”VC++9 MSI(Release)"をダウンロードする。	
  
  2. ダウンロードしたファイルを開き、手順に従いインストールする。
  
  3. デスクトップにrootのアイコン(木の絵)ができているはず。起動できればインストール完了。

Tera Padやテキストエディタなどでプログラムを作成し、プログラムファイルをrootのアイコンにドラッグ＆ドロップすれば、プログラムが動く（はず）。 実際にサンプルプログラムを動かしたり、参考資料を見て、rootとC++プログラムに慣れよう！

**参考資料 [#nf7046db]
[[猿でもわかるROOT:http://www.dw-sapporo.co.jp/technology/658766f830d530a130a430eb7f6e304d5834/733f306b30824f7f3048308bROOT.pdf]]~
[[猿ROOT【番外編】:http://www.ppl.phys.chiba-u.jp/~hoshina/doc/c%2B%2B/main.pdf]]

[[ROOT tutorials(English):http://root.cern.ch/root/html534/tutorials/]]~
[[ROOT コマンド集(日本語):http://atlas.kek.jp/comp/ROOT-commands.html]]~

**C++/ROOTのサンプルプログラム [#ead007f5]
コピペして実行すれば動くはず。

***例題1: 繰り返し(for)文、条件(if)文。 [#d8fea661]
 void Ex1(){ //関数名(Ex1)はファイル名(Ex1.C)と同じにする
 
    //for文
    //中括弧の中の命令をiを１づつ増やしながら、１０回繰り返す
    for( int i=0; i<10; i++ ){ 
 
        cout << "i = " << i << endl; //画面に表示。endlは改行
    }
 
    cout << endl;
 
    for( int i=0; i<10; i++ ){ 
 
        //if文
        //ifの後の括弧内に書かれた条件に一致するときだけ、中括弧内を実行
        if( i>3 && i<8 ){ 
            cout << "i = " << i << endl;
        }
    }
 
 }

***例題2: 配列の使い方。 [#e5ac251e]
 void Ex2(){
 
    //intは整数型の変数
    int x1;
    int y1[2];      //1次元配列（2x1の行列みたいなもの）
    int z1[3][3];   //2次元配列（3x3の行列みたいなもの）
  
    //floatは少数も扱える（doubleとかもあるよ）
    float x2;
    float y2[2];
 
    //変数に値を代入
    x1 = 100 / 3.0;
    x2 = 100 / 3.0;
    cout << endl;
    cout << "x1=" << x1 <<" x2="<< x2 << endl; //計算結果を表示、結果は同じかな？？
    cout << endl;
 
    //for文を使って、値を代入
    for( int i=0; i<2; i++ ){
 
        y1[i] = (i+1) * 10.5; //i番目の要素に値を代入
        y2[i] = (i+1) * 10.5;
 
        cout << "y1[" << i << "]=" << y1[i] << " y2[" << i << "]=" << y2[i] << endl;
    }
    cout << endl;
 
 
    //2次元配列に0~8を代入して、表示
    cout << "z1[3][3]=" << endl;
    for( int i=0; i<3; i++ ){
        for( int j=0; j<3; j++ ){
 
            z1[i][j] = i*3 + j;
            cout << z1[i][j] <<" ";
        }
        cout << endl;
    }
 
 }

***例題3: データファイルを読み込む。 [#z4e832d6]
 #include<fstream> //ファイルを読み込むための設定
 
 void Ex3(){
 
    std::ifstream file;
    file.open("data.dat"); //""内の名前のファイルを開く
    if( !file ){ //開けなかった時のエラー処理
        cout << "Could not open file!" << endl;
        return;
    }
 
     string x, y; //文字列型の変数
     while( !file.eof() ){
 
         file >> x >> y; //ファイルからx,yに２つずつ値を代入
         cout << x <<" "<< y << endl;
     }
 }

***例題4: ヒストグラムを作る。 [#nad105b3]
 void Ex4(){
 
    //1次元ヒストグラムの作る
    //括弧の中はそれぞれ、
    //　名前、タイトル、ヒストグラムの分割数、最小値、最大値
    TH1F *h1 = new TH1F( "name", "title", 100, -10, 10 );
 
    //ガウス分布を発生させて、ヒストグラムに入れてみる
    for( int i=0; i<1000; i++ ){
 
        float x = gRandom->Gaus( 0, 3 ); //平均0、標準偏差3のガウス分布を発生させている
 
        h1->Fill( x ); // ヒストグラムにxを入れている
    }
 
    //作ったヒストグラムを表示
    //勝手にcanvasと呼ばれる窓が作られる（自分でサイズを指定して作ることもできる）
    h1->Draw();
 }

***例題5: ヒストグラムを関数でfitする（ガウス分布）。 [#sd42aae1]
 void Ex5(){
    gStyle->SetOptFit(1); //フィットの結果を表示するおまじない
    //1次元ヒストグラムの作る
    TH1F *h1 = new TH1F( "name", "title", 100, -10, 10 );
 
    //ガウス分布を発生させて、ヒストグラムに入れてみる
    for( int i=0; i<1000; i++ ){
 
        float x = gRandom->Gaus( 0, 3 ); //平均0、標準偏差3のガウス分布を発生させている
        h1->Fill( x ); // ヒストグラムにxを入れている
    }
    h1->Draw();
 
    //ガウス関数でヒストグラムをfitする
    h1->Fit("gaus");
 }

***例題6: ヒストグラムを関数でfitする（自分で関数を定義）。 [#ve4b6515]
 void Ex6(){
 
    //1次元ヒストグラムの作る
    TH1F *h1 = new TH1F( "name", "title", 100, -10, 10 );
 
    //ガウス分布を発生させて、ヒストグラムに入れてみる
    for( int i=0; i<1000; i++ ){
 
        float x = gRandom->Gaus( 0, 3 ); //平均0、標準偏差3のガウス分布を発生させている
        h1->Fill( x ); // ヒストグラムにxを入れている
    }
    h1->Draw();
 
    //fitする関数を定義する。
    //TF1は、１次元の関数を表す。
    //括弧内はa、名前、関数式、範囲
    TF1 *fgs = new TF1( "fgs", "[0] * exp( -0.5*(x-[1])*(x-[1]) / [2] / [2] )", -5, 5 );
    fgs->SetParameters( 100, 0, 2 ); //初期値の設定（初期値が変な値だとfitに失敗することもある）
    h1->Fit( fgs );
 }

***例題7: ヒストグラムを関数でfitする（応用編）。 [#re399252]
 Double_t MyGaus( Double_t *x, Double_t *par );
 
 void Ex7(){
 
    //1次元ヒストグラムの作る
    TH1F *h1 = new TH1F( "name", "title", 100, -10, 10 );
 
    //ガウス分布を発生させて、ヒストグラムに入れてみる
    for( int i=0; i<1000; i++ ){
 
        float x = gRandom->Gaus( 0, 3 ); //平均0、標準偏差3のガウス分布を発生させている
        h1->Fill( x ); // ヒストグラムにxを入れている
    }
    h1->Draw();
 
    //ガウス関数でヒストグラムをfitする
    //自分で定義した関数名を２つめの引数に書けば良い
    TF1 *fgs = new TF1( "fgs", MyGaus, -6, 6, 3 );
    fgs->SetParameters( 100, 0, 2 );
    fgs->SetLineColor(kBlue);
    h1->Fit( fgs, "R" ); //"R"は範囲を指定してのfitting。fit範囲はfgsで指定した-6~6
 }
 
 //double型の関数を定義
 //引数に対して計算したガウス関数の値を返す
 Double_t MyGaus( Double_t *x, Double_t *par ){
 
    Double_t val;
 
    if( par[2]==0 ) val = -99999;
    else            val = par[0] * exp( -0.5 * ( x[0] - par[1] ) * ( x[0] - par[1] ) / par[2] / par[2] );
 
    return val;
 }

***例題8: データをグラフで表示する。 [#ce0af8fe]
 void Ex8() 
 { 
  //テキストファイルを生成
  Data();
 
  //テキストファイルdata.datを開く
  ifstream fin("data.dat");
  if(!fin){
    cout << "can't open file" << endl;
    return;
  }
 
  //グラフを作る（誤差なし）
  TGraph* graph = new TGraph();
  graph->SetMarkerStyle(20);//データを丸で表示
  
  //入力ファイルを読み込む
  //xとyに値を代入
  int i=0;
  double x,y;
  while( fin >> x >> y ) {
    //グラフに値を代入。iはグラフの何番目に値を入れるかを指定
    graph->SetPoint(i,x,y);
    i++;
  }
 
  //グラフを表示。オプション"A"は必須
  //Pはデータをポイントで表示
  //PをLにすると？
  graph->Draw("AP");
 }  
 
 // Generate data.dat file
 void Data()
 {
  ofstream fout("data.dat");
  TF1* f = new TF1("f","[0]*x", 0, 10);
  f->SetParameter(0, gRandom->Rndm());
 
  for(Int_t i=0;i<10;i++){
    const Double_t x = gRandom->Rndm()*10.0;
    const Double_t y = f->Eval(x);
    fout << x << " " << y << endl;
  }
 }

***例題9: データをグラフで表示、フィットする。 [#zf969be0]
 void Ex9()
 {
   //テキストファイルを生成
   Data();
 
   //テキストファイルdata.datを開く
   ifstream fin("data.dat");
   if(!fin){
     cout << "can't open file" << endl;
     return;
   }
 
   //グラフを作る（誤差あり）
   TGraphErrors* graph = new TGraphErrors();
   graph->SetMarkerStyle(20);//データを丸で表示
 
   //入力ファイルを読み込む
   //xとyに値を代入
   int i=0;
   double x,y;
   double ex,ey; //xとy誤差
   while( fin >> x >> y >> ex >> ey ) {
     //グラフに値を代入。iはグラフの何番目に値を入れるかを指定
     graph->SetPoint(i,x,y);
     graph->SetPointError(i,ex,ey);
     i++;
   }
 
   //グラフを表示。オプション"A"は必須
   //Pはデータをポイントで表示
   //PをLにすると？
   graph->Draw("AP");
 
   //データを直線でフィット
   TF1* f = new TF1("f", "pol1", 0, 10);
   f->SetParameters(0,1);
   graph->Fit(f,"r");
 }
 
 // Generate data.dat file
 void Data()
 {
   ofstream fout("data.dat");
   TF1* g = new TF1("g","gaus", -10, 10);
   g->SetParameter(0, 1.0);
 
   for(Int_t i=0;i<10;i++){
     const Double_t mean  = i*0.5+0.5 ;
     const Double_t sigma = gRandom->Rndm()*1.0+1.0 ;
     g->SetParameter(1, mean);
     g->SetParameter(2, sigma);
     TH1D h(Form("h_%d",i),"",100,-10,10);
     for(Int_t j=0;j<100;j++){
       h.Fill(g->GetRandom());
     }
     h.Sumw2();
 
     TF1 out(Form("out_%d",i),"gaus",-10,10);
     h.Fit(out.GetName(),"rq0");
 
     cout << out.GetParameter(1) << " " << out.GetParError(1) << endl;
 
     fout << mean << " " << out.GetParameter(1) << " "
       << 0.0 << " " << out.GetParError(1)
       << endl;
   }
 
   delete g;
 }

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