| 1 | /* ======================================================================== *\
|
|---|
| 2 | !
|
|---|
| 3 | ! *
|
|---|
| 4 | ! * This file is part of MARS, the MAGIC Analysis and Reconstruction
|
|---|
| 5 | ! * Software. It is distributed to you in the hope that it can be a useful
|
|---|
| 6 | ! * and timesaving tool in analysing Data of imaging Cerenkov telescopes.
|
|---|
| 7 | ! * It is distributed WITHOUT ANY WARRANTY.
|
|---|
| 8 | ! *
|
|---|
| 9 | ! * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its
|
|---|
| 10 | ! * documentation for any purpose is hereby granted without fee,
|
|---|
| 11 | ! * provided that the above copyright notice appear in all copies and
|
|---|
| 12 | ! * that both that copyright notice and this permission notice appear
|
|---|
| 13 | ! * in supporting documentation. It is provided "as is" without express
|
|---|
| 14 | ! * or implied warranty.
|
|---|
| 15 | ! *
|
|---|
| 16 | !
|
|---|
| 17 | !
|
|---|
| 18 | ! Author(s): Markus Gaug 01/2004 <mailto:markus@ifae.es>
|
|---|
| 19 | !
|
|---|
| 20 | ! Copyright: MAGIC Software Development, 2001-2004
|
|---|
| 21 | !
|
|---|
| 22 | !
|
|---|
| 23 | \* ======================================================================== */
|
|---|
| 24 |
|
|---|
| 25 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
|
|---|
| 26 | // //
|
|---|
| 27 | // Fast Fourier Transforms //
|
|---|
| 28 | // //
|
|---|
| 29 | // (Most of the code is adapted from Numerical Recipies in C++, 2nd ed., //
|
|---|
| 30 | // pp. 509-563) //
|
|---|
| 31 | // //
|
|---|
| 32 | // Usage: //
|
|---|
| 33 | // //
|
|---|
| 34 | // 1) Functions RealFunctionFFT: (FOURIER TRANSFORM) //
|
|---|
| 35 | // * Take as argument arrays of real numbers, //
|
|---|
| 36 | // in some cases the dimension of the array has to be given separately//
|
|---|
| 37 | // * Return a COMPLEX array with the following meaning: //
|
|---|
| 38 | // array[0]: The value of F(0) (has only real component) //
|
|---|
| 39 | // array[1]: The value of F(N/2) (has only real component) //
|
|---|
| 40 | // array[2i]: The real part of F(i) //
|
|---|
| 41 | // array[2i+1]: The imaginary part of F(i) //
|
|---|
| 42 | // * Note that F(N-i)* = F(i), therefore only the positive frequency //
|
|---|
| 43 | // half is stored. //
|
|---|
| 44 | // * The dimension MUST be an integer power of 2, //
|
|---|
| 45 | // otherwise, the array will be shortened!! //
|
|---|
| 46 | // //
|
|---|
| 47 | // 2) Functions RealFunctionIFFT: (INVERSER FOURIER TRANSFORM) //
|
|---|
| 48 | // * Take as argument a COMPLEX array //
|
|---|
| 49 | // of Fourier-transformed REAL numbers //
|
|---|
| 50 | // with the following meaning: //
|
|---|
| 51 | // array[0]: The value of F(0) (has only real component) //
|
|---|
| 52 | // array[1]: The value of F(N/2) (has only real component) //
|
|---|
| 53 | // array[2i]: The real part of F(i) //
|
|---|
| 54 | // array[2i+1]: The imaginary part of F(i) //
|
|---|
| 55 | // * Returns the original complex array of dimension 2N-1 //
|
|---|
| 56 | // //
|
|---|
| 57 | // 3) Functions PowerSpectrumDensity: //
|
|---|
| 58 | // * Return a histogram with the spectral density, i.e. //
|
|---|
| 59 | // P(k) = 1/(N*N) * |F(k)|*|F(k)| //
|
|---|
| 60 | // * The histogram is ranged between 0 and 1./(2*binwidth) //
|
|---|
| 61 | // * The number of bins equals N/2+1 //
|
|---|
| 62 | // * Note that histograms with unequal binwidth can not yet be treated! //
|
|---|
| 63 | // * If the PSD does NOT CONVERGE to 0 at the maximum bin, //
|
|---|
| 64 | // you HAVE TO sample your data finer! //
|
|---|
| 65 | // //
|
|---|
| 66 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
|
|---|
| 67 |
|
|---|
| 68 | #include "MFFT.h"
|
|---|
| 69 |
|
|---|
| 70 | #include "TMath.h"
|
|---|
| 71 |
|
|---|
| 72 | #include "MLog.h"
|
|---|
| 73 | #include "MLogManip.h"
|
|---|
| 74 |
|
|---|
| 75 | ClassImp(MFFT);
|
|---|
| 76 |
|
|---|
| 77 | using namespace std;
|
|---|
| 78 |
|
|---|
| 79 | // ---------------------------------------------------------------------------
|
|---|
| 80 | //
|
|---|
| 81 | // Default Constructor
|
|---|
| 82 | // Initializes random number generator and default variables
|
|---|
| 83 | //
|
|---|
| 84 | MFFT::MFFT() : fDim(0)
|
|---|
| 85 | {
|
|---|
| 86 | }
|
|---|
| 87 |
|
|---|
| 88 | // --------------------------------------------------------------------------
|
|---|
| 89 | //
|
|---|
| 90 | // Destructor.
|
|---|
| 91 | //
|
|---|
| 92 | MFFT::~MFFT()
|
|---|
| 93 | {
|
|---|
| 94 | }
|
|---|
| 95 |
|
|---|
| 96 | void MFFT::TransformF(const Int_t isign, TArrayF &data)
|
|---|
| 97 | {
|
|---|
| 98 |
|
|---|
| 99 | UInt_t n,mmax,m,j,istep,i;
|
|---|
| 100 | Float_t wtemp,wr,wpr,wpi,wi,theta;
|
|---|
| 101 | Float_t tempr,tempi;
|
|---|
| 102 |
|
|---|
| 103 | Int_t nn = fDim/2;
|
|---|
| 104 | n = nn << 1;
|
|---|
| 105 |
|
|---|
| 106 | //
|
|---|
| 107 | // The bit-reversal section of the routine:
|
|---|
| 108 | // Exchange the two complex numbers
|
|---|
| 109 | //
|
|---|
| 110 | j=1;
|
|---|
| 111 | for (i=1;i<n;i+=2) {
|
|---|
| 112 | if (j > i) {
|
|---|
| 113 | Swap(data[j-1],data[i-1]);
|
|---|
| 114 | Swap(data[j],data[i]);
|
|---|
| 115 | }
|
|---|
| 116 | m=nn;
|
|---|
| 117 | while (m >= 2 && j > m) {
|
|---|
| 118 | j -= m;
|
|---|
| 119 | m >>= 1;
|
|---|
| 120 | }
|
|---|
| 121 | j += m;
|
|---|
| 122 | }
|
|---|
| 123 | //
|
|---|
| 124 | // Here begins the Danielson-Lanczos section of the routine
|
|---|
| 125 | //
|
|---|
| 126 | mmax=2;
|
|---|
| 127 | while (n > mmax) { // Outer loop executed log_2(nn) times
|
|---|
| 128 |
|
|---|
| 129 | istep = mmax << 1;
|
|---|
| 130 | //
|
|---|
| 131 | // Initialize the trigonometric recurrence:
|
|---|
| 132 | //
|
|---|
| 133 | theta = isign*(6.28318530717959/mmax);
|
|---|
| 134 |
|
|---|
| 135 | wtemp = TMath::Sin(0.5*theta);
|
|---|
| 136 | wpr = -2.0*wtemp*wtemp;
|
|---|
| 137 | wpi = TMath::Sin(theta);
|
|---|
| 138 |
|
|---|
| 139 | wr=1.0;
|
|---|
| 140 | wi=0.0;
|
|---|
| 141 |
|
|---|
| 142 | for (m=1; m<mmax; m+=2) {
|
|---|
| 143 | for (i=m; i<=n; i+=istep) {
|
|---|
| 144 | //
|
|---|
| 145 | // The Danielson-Lanczos formula:
|
|---|
| 146 | //
|
|---|
| 147 | j = i+mmax;
|
|---|
| 148 | tempr = wr*data[j-1] - wi*data[j];
|
|---|
| 149 | tempi = wr*data[j] + wi*data[j-1];
|
|---|
| 150 | data[j-1] = data[i-1] - tempr;
|
|---|
| 151 | data[j] = data[i] - tempi;
|
|---|
| 152 | data[i-1] += tempr;
|
|---|
| 153 | data[i] += tempi;
|
|---|
| 154 | }
|
|---|
| 155 |
|
|---|
| 156 | //
|
|---|
| 157 | // Trigonometric recurrence
|
|---|
| 158 | //
|
|---|
| 159 | wr = (wtemp=wr)*wpr - wi*wpi+wr;
|
|---|
| 160 | wi = wi*wpr + wtemp*wpi+wi;
|
|---|
| 161 |
|
|---|
| 162 | }
|
|---|
| 163 | mmax=istep;
|
|---|
| 164 | }
|
|---|
| 165 | }
|
|---|
| 166 |
|
|---|
| 167 |
|
|---|
| 168 | void MFFT::TransformD(const Int_t isign, TArrayD &data)
|
|---|
| 169 | {
|
|---|
| 170 |
|
|---|
| 171 | UInt_t n,mmax,m,j,istep,i;
|
|---|
| 172 | Double_t wtemp,wr,wpr,wpi,wi,theta;
|
|---|
| 173 | Double_t tempr,tempi;
|
|---|
| 174 |
|
|---|
| 175 | Int_t nn = fDim/2;
|
|---|
| 176 | n = nn << 1;
|
|---|
| 177 |
|
|---|
| 178 | //
|
|---|
| 179 | // The bit-reversal section of the routine:
|
|---|
| 180 | // Exchange the two complex numbers
|
|---|
| 181 | //
|
|---|
| 182 | j=1;
|
|---|
| 183 | for (i=1;i<n;i+=2) {
|
|---|
| 184 | if (j > i) {
|
|---|
| 185 | Swap(data[j-1],data[i-1]);
|
|---|
| 186 | Swap(data[j],data[i]);
|
|---|
| 187 | }
|
|---|
| 188 | m=nn;
|
|---|
| 189 | while (m >= 2 && j > m) {
|
|---|
| 190 | j -= m;
|
|---|
| 191 | m >>= 1;
|
|---|
| 192 | }
|
|---|
| 193 | j += m;
|
|---|
| 194 | }
|
|---|
| 195 | //
|
|---|
| 196 | // Here begins the Danielson-Lanczos section of the routine
|
|---|
| 197 | //
|
|---|
| 198 | mmax=2;
|
|---|
| 199 | while (n > mmax) { // Outer loop executed log_2(nn) times
|
|---|
| 200 |
|
|---|
| 201 | istep = mmax << 1;
|
|---|
| 202 | //
|
|---|
| 203 | // Initialize the trigonometric recurrence:
|
|---|
| 204 | //
|
|---|
| 205 | theta = isign*(6.28318530717959/mmax);
|
|---|
| 206 |
|
|---|
| 207 | wtemp = TMath::Sin(0.5*theta);
|
|---|
| 208 | wpr = -2.0*wtemp*wtemp;
|
|---|
| 209 | wpi = TMath::Sin(theta);
|
|---|
| 210 |
|
|---|
| 211 | wr=1.0;
|
|---|
| 212 | wi=0.0;
|
|---|
| 213 |
|
|---|
| 214 | for (m=1; m<mmax; m+=2) {
|
|---|
| 215 | for (i=m; i<=n; i+=istep) {
|
|---|
| 216 | //
|
|---|
| 217 | // The Danielson-Lanczos formula:
|
|---|
| 218 | //
|
|---|
| 219 | j = i+mmax;
|
|---|
| 220 | tempr = wr*data[j-1] - wi*data[j];
|
|---|
| 221 | tempi = wr*data[j] + wi*data[j-1];
|
|---|
| 222 | data[j-1] = data[i-1] - tempr;
|
|---|
| 223 | data[j] = data[i] - tempi;
|
|---|
| 224 | data[i-1] += tempr;
|
|---|
| 225 | data[i] += tempi;
|
|---|
| 226 | }
|
|---|
| 227 |
|
|---|
| 228 | //
|
|---|
| 229 | // Trigonometric recurrence
|
|---|
| 230 | //
|
|---|
| 231 | wr = (wtemp=wr)*wpr - wi*wpi+wr;
|
|---|
| 232 | wi = wi*wpr + wtemp*wpi+wi;
|
|---|
| 233 |
|
|---|
| 234 | }
|
|---|
| 235 | mmax=istep;
|
|---|
| 236 | }
|
|---|
| 237 | }
|
|---|
| 238 |
|
|---|
| 239 | //
|
|---|
| 240 | // Calculates the Fourier transform of a set of n real-valued data points.
|
|---|
| 241 | // Replaces this data (which is stored in array data[1..n]) by the positive
|
|---|
| 242 | // frequency half of its complex Fourier transform. The real-valued first
|
|---|
| 243 | // and last components of the complex transform are returned as elements
|
|---|
| 244 | // data[1] and data[2], respectively. n must be a power of 2. This routine
|
|---|
| 245 | // also calculates the inverse transform of a complex data array if it is
|
|---|
| 246 | // the transform of real data. (Result in this case mus be multiplied by
|
|---|
| 247 | // 2/n.). From NUMERICAL RECIPES IN C++.
|
|---|
| 248 | //
|
|---|
| 249 | void MFFT::RealFTF(const Int_t isign)
|
|---|
| 250 | {
|
|---|
| 251 |
|
|---|
| 252 | Int_t i,i1,i2,i3,i4;
|
|---|
| 253 | Float_t c1=0.5,c2,h1r,h1i,h2r,h2i;
|
|---|
| 254 | Float_t wr,wi,wpr,wpi,wtemp,theta;
|
|---|
| 255 |
|
|---|
| 256 | //
|
|---|
| 257 | // Initialize the recurrence
|
|---|
| 258 | //
|
|---|
| 259 | theta = TMath::Pi() / (Double_t)(fDim>>1);
|
|---|
| 260 |
|
|---|
| 261 | if(isign==1) // forward transform
|
|---|
| 262 | {
|
|---|
| 263 | c2 = -0.5;
|
|---|
| 264 | TransformF(1,fDataF);
|
|---|
| 265 | }
|
|---|
| 266 | else // set up backward transform
|
|---|
| 267 | {
|
|---|
| 268 | c2 = 0.5;
|
|---|
| 269 | theta = -theta;
|
|---|
| 270 | }
|
|---|
| 271 |
|
|---|
| 272 | wtemp = TMath::Sin(0.5*theta);
|
|---|
| 273 | wpr = -2.0*wtemp*wtemp;
|
|---|
| 274 | wpi = TMath::Sin(theta);
|
|---|
| 275 |
|
|---|
| 276 | wr = 1.0 + wpr;
|
|---|
| 277 | wi = wpi;
|
|---|
| 278 |
|
|---|
| 279 | for(i=1;i<(fDim>>2);i++) // case i=0 done separately below
|
|---|
| 280 | {
|
|---|
| 281 |
|
|---|
| 282 | i2 = 1 + (i1 = i+i);
|
|---|
| 283 | i4 = 1 + (i3 = fDim-i1);
|
|---|
| 284 |
|
|---|
| 285 | //
|
|---|
| 286 | // The two separate transforms are separated out of the data
|
|---|
| 287 | //
|
|---|
| 288 | h1r = c1*(fDataF[i1]+fDataF[i3]);
|
|---|
| 289 | h1i = c1*(fDataF[i2]-fDataF[i4]);
|
|---|
| 290 | h2r = -c2*(fDataF[i2]+fDataF[i4]);
|
|---|
| 291 | h2i = c2*(fDataF[i1]-fDataF[i3]);
|
|---|
| 292 |
|
|---|
| 293 | //
|
|---|
| 294 | // Here, they are recombined to from the true transform
|
|---|
| 295 | // of the orginal real data
|
|---|
| 296 | //
|
|---|
| 297 | fDataF[i1] = h1r + wr*h2r - wi*h2i;
|
|---|
| 298 | fDataF[i2] = h1i + wr*h2i + wi*h2r;
|
|---|
| 299 | fDataF[i3] = h1r - wr*h2r + wi*h2i;
|
|---|
| 300 | fDataF[i4] = -h1i + wr*h2i + wi*h2r;
|
|---|
| 301 |
|
|---|
| 302 | //
|
|---|
| 303 | // The recurrence
|
|---|
| 304 | //
|
|---|
| 305 | wr = (wtemp=wr)*wpr - wi*wpi + wr;
|
|---|
| 306 | wi = wi*wpr + wtemp*wpi + wi;
|
|---|
| 307 | }
|
|---|
| 308 |
|
|---|
| 309 | //
|
|---|
| 310 | // Squeeze the first and last data together to get them all
|
|---|
| 311 | // within the original array
|
|---|
| 312 | //
|
|---|
| 313 | if(isign==1)
|
|---|
| 314 | {
|
|---|
| 315 | fDataF[0] = (h1r=fDataF[0]) + fDataF[1];
|
|---|
| 316 | fDataF[1] = h1r - fDataF[1];
|
|---|
| 317 | }
|
|---|
| 318 | else
|
|---|
| 319 | {
|
|---|
| 320 |
|
|---|
| 321 | fDataF[0] = c1*((h1r=fDataF[0]) + fDataF[1]);
|
|---|
| 322 | fDataF[1] = c1*(h1r-fDataF[1]);
|
|---|
| 323 |
|
|---|
| 324 | //
|
|---|
| 325 | // The inverse transform for the case isign = -1
|
|---|
| 326 | //
|
|---|
| 327 | TransformF(-1,fDataF);
|
|---|
| 328 |
|
|---|
| 329 | //
|
|---|
| 330 | // normalize correctly (not done in original NR's)
|
|---|
| 331 | //
|
|---|
| 332 | for(i=1;i<=fDim;i++)
|
|---|
| 333 | fDataF[i] *= (2./fDim);
|
|---|
| 334 | }
|
|---|
| 335 | }
|
|---|
| 336 | void MFFT::RealFTD(const Int_t isign)
|
|---|
| 337 | {
|
|---|
| 338 |
|
|---|
| 339 | Int_t i,i1,i2,i3,i4;
|
|---|
| 340 | Float_t c1=0.5,c2,h1r,h1i,h2r,h2i;
|
|---|
| 341 | Double_t wr,wi,wpr,wpi,wtemp,theta;
|
|---|
| 342 |
|
|---|
| 343 | //
|
|---|
| 344 | // Initialize the recurrence
|
|---|
| 345 | //
|
|---|
| 346 | theta=3.141592653589793/(Double_t) (fDim>>1);
|
|---|
| 347 |
|
|---|
| 348 | if(isign==1) // forward transform
|
|---|
| 349 | {
|
|---|
| 350 | c2 = -0.5;
|
|---|
| 351 | TransformD(1,fDataD);
|
|---|
| 352 | }
|
|---|
| 353 | else // set up backward transform
|
|---|
| 354 | {
|
|---|
| 355 | c2 = 0.5;
|
|---|
| 356 | theta = -theta;
|
|---|
| 357 | }
|
|---|
| 358 |
|
|---|
| 359 | wtemp = TMath::Sin(0.5*theta);
|
|---|
| 360 | wpr = -2.0*wtemp*wtemp;
|
|---|
| 361 | wpi = TMath::Sin(theta);
|
|---|
| 362 |
|
|---|
| 363 | wr = 1.0 + wpr;
|
|---|
| 364 | wi = wpi;
|
|---|
| 365 |
|
|---|
| 366 | for(i=1;i<(fDim>>2);i++) // case i=0 done separately below
|
|---|
| 367 | {
|
|---|
| 368 |
|
|---|
| 369 | i2 = 1 + (i1 = i+i);
|
|---|
| 370 | i4 = 1 + (i3 = fDim-i1);
|
|---|
| 371 |
|
|---|
| 372 | //
|
|---|
| 373 | // The two separate transforms are separated out of the data
|
|---|
| 374 | //
|
|---|
| 375 | h1r = c1*(fDataD[i1]+fDataD[i3]);
|
|---|
| 376 | h1i = c1*(fDataD[i2]-fDataD[i4]);
|
|---|
| 377 | h2r = -c2*(fDataD[i2]+fDataD[i4]);
|
|---|
| 378 | h2i = c2*(fDataD[i1]-fDataD[i3]);
|
|---|
| 379 |
|
|---|
| 380 | //
|
|---|
| 381 | // Here, they are recombined to from the true transform
|
|---|
| 382 | // of the orginal real data
|
|---|
| 383 | //
|
|---|
| 384 | fDataD[i1] = h1r + wr*h2r - wi*h2i;
|
|---|
| 385 | fDataD[i2] = h1i + wr*h2i + wi*h2r;
|
|---|
| 386 | fDataD[i3] = h1r - wr*h2r + wi*h2i;
|
|---|
| 387 | fDataD[i4] = -h1i + wr*h2i + wi*h2r;
|
|---|
| 388 |
|
|---|
| 389 | //
|
|---|
| 390 | // The recurrence
|
|---|
| 391 | //
|
|---|
| 392 | wr = (wtemp=wr)*wpr - wi*wpi + wr;
|
|---|
| 393 | wi = wi*wpr + wtemp*wpi + wi;
|
|---|
| 394 | }
|
|---|
| 395 |
|
|---|
| 396 | //
|
|---|
| 397 | // Squeeze the first and last data together to get them all
|
|---|
| 398 | // within the original array
|
|---|
| 399 | //
|
|---|
| 400 | if(isign==1)
|
|---|
| 401 | {
|
|---|
| 402 | fDataD[0] = (h1r=fDataD[0]) + fDataD[1];
|
|---|
| 403 | fDataD[1] = h1r - fDataD[1];
|
|---|
| 404 | }
|
|---|
| 405 | else
|
|---|
| 406 | {
|
|---|
| 407 |
|
|---|
| 408 | fDataD[0] = c1*((h1r=fDataD[0]) + fDataD[1]);
|
|---|
| 409 | fDataD[1] = c1*(h1r-fDataD[1]);
|
|---|
| 410 |
|
|---|
| 411 | //
|
|---|
| 412 | // The inverse transform for the case isign = -1
|
|---|
| 413 | //
|
|---|
| 414 | TransformD(-1,fDataD);
|
|---|
| 415 |
|
|---|
| 416 | //
|
|---|
| 417 | // normalize correctly (not done in original NR's)
|
|---|
| 418 | //
|
|---|
| 419 | for(i=1;i<=fDim;i++)
|
|---|
| 420 | fDataD[i] *= (2./fDim);
|
|---|
| 421 | }
|
|---|
| 422 | }
|
|---|
| 423 |
|
|---|
| 424 |
|
|---|
| 425 | //
|
|---|
| 426 | // Fast Fourier Transform for float arrays
|
|---|
| 427 | //
|
|---|
| 428 | Float_t* MFFT::RealFunctionFFT(const Int_t n, const Float_t *data)
|
|---|
| 429 | {
|
|---|
| 430 |
|
|---|
| 431 | fDim = n;
|
|---|
| 432 | CheckDim(n);
|
|---|
| 433 |
|
|---|
| 434 | fDataF.Set(fDim);
|
|---|
| 435 | //
|
|---|
| 436 | // Clone the array
|
|---|
| 437 | //
|
|---|
| 438 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 439 | fDataF[i] = data[i];
|
|---|
| 440 |
|
|---|
| 441 | RealFTF(1);
|
|---|
| 442 |
|
|---|
| 443 | return fDataF.GetArray();
|
|---|
| 444 |
|
|---|
| 445 | }
|
|---|
| 446 |
|
|---|
| 447 | //
|
|---|
| 448 | // Fast Inverse Fourier Transform for float arrays
|
|---|
| 449 | //
|
|---|
| 450 | Float_t* MFFT::RealFunctionIFFT(const Int_t n, const Float_t *data)
|
|---|
| 451 | {
|
|---|
| 452 |
|
|---|
| 453 | fDim = n;
|
|---|
| 454 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 455 |
|
|---|
| 456 | fDataF.Set(fDim);
|
|---|
| 457 | //
|
|---|
| 458 | // Clone the array
|
|---|
| 459 | //
|
|---|
| 460 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 461 | fDataF[i] = data[i];
|
|---|
| 462 |
|
|---|
| 463 | RealFTF(-1);
|
|---|
| 464 |
|
|---|
| 465 | return fDataF.GetArray();
|
|---|
| 466 |
|
|---|
| 467 | }
|
|---|
| 468 |
|
|---|
| 469 | //
|
|---|
| 470 | // Fast Fourier Transform for double arrays
|
|---|
| 471 | //
|
|---|
| 472 | Double_t* MFFT::RealFunctionFFT(const Int_t n, const Double_t *data)
|
|---|
| 473 | {
|
|---|
| 474 |
|
|---|
| 475 | fDim = n;
|
|---|
| 476 | CheckDim(n);
|
|---|
| 477 |
|
|---|
| 478 | fDataD.Set(fDim);
|
|---|
| 479 | //
|
|---|
| 480 | // Clone the array
|
|---|
| 481 | //
|
|---|
| 482 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 483 | fDataD[i] = data[i];
|
|---|
| 484 |
|
|---|
| 485 | RealFTD(1);
|
|---|
| 486 |
|
|---|
| 487 | return fDataD.GetArray();
|
|---|
| 488 |
|
|---|
| 489 | }
|
|---|
| 490 |
|
|---|
| 491 | //
|
|---|
| 492 | // Fast Inverse Fourier Transform for double arrays
|
|---|
| 493 | //
|
|---|
| 494 | Double_t* MFFT::RealFunctionIFFT(const Int_t n, const Double_t *data)
|
|---|
| 495 | {
|
|---|
| 496 |
|
|---|
| 497 | fDim = n;
|
|---|
| 498 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 499 |
|
|---|
| 500 | fDataD.Set(fDim);
|
|---|
| 501 | //
|
|---|
| 502 | // Clone the array
|
|---|
| 503 | //
|
|---|
| 504 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 505 | fDataD[i] = data[i];
|
|---|
| 506 |
|
|---|
| 507 | RealFTD(-1);
|
|---|
| 508 |
|
|---|
| 509 | return fDataD.GetArray();
|
|---|
| 510 |
|
|---|
| 511 | }
|
|---|
| 512 |
|
|---|
| 513 | //
|
|---|
| 514 | // Fast Fourier Transform for TArrayF's
|
|---|
| 515 | //
|
|---|
| 516 | TArrayF* MFFT::RealFunctionFFT(const TArrayF *data)
|
|---|
| 517 | {
|
|---|
| 518 |
|
|---|
| 519 | fDim = data->GetSize();
|
|---|
| 520 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 521 |
|
|---|
| 522 | fDataF.Set(fDim);
|
|---|
| 523 | //
|
|---|
| 524 | // Clone the array
|
|---|
| 525 | //
|
|---|
| 526 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 527 | fDataF[i] = data->At(i);
|
|---|
| 528 |
|
|---|
| 529 | RealFTF(1);
|
|---|
| 530 |
|
|---|
| 531 | return new TArrayF(fDim,fDataF.GetArray());
|
|---|
| 532 |
|
|---|
| 533 | }
|
|---|
| 534 |
|
|---|
| 535 | //
|
|---|
| 536 | // Inverse Fast Fourier Transform for TArrayF's
|
|---|
| 537 | //
|
|---|
| 538 | TArrayF* MFFT::RealFunctionIFFT(const TArrayF *data)
|
|---|
| 539 | {
|
|---|
| 540 |
|
|---|
| 541 | fDim = data->GetSize();
|
|---|
| 542 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 543 |
|
|---|
| 544 | fDataF.Set(fDim);
|
|---|
| 545 | //
|
|---|
| 546 | // Clone the array
|
|---|
| 547 | //
|
|---|
| 548 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 549 | fDataF[i] = data->At(i);
|
|---|
| 550 |
|
|---|
| 551 | RealFTF(-1);
|
|---|
| 552 |
|
|---|
| 553 | return new TArrayF(fDim,fDataF.GetArray());
|
|---|
| 554 | }
|
|---|
| 555 |
|
|---|
| 556 |
|
|---|
| 557 | //
|
|---|
| 558 | // Fast Fourier Transform for TArrayD's
|
|---|
| 559 | //
|
|---|
| 560 | TArrayD* MFFT::RealFunctionFFT(const TArrayD *data)
|
|---|
| 561 | {
|
|---|
| 562 |
|
|---|
| 563 | fDim = data->GetSize();
|
|---|
| 564 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 565 |
|
|---|
| 566 | fDataD.Set(fDim);
|
|---|
| 567 | //
|
|---|
| 568 | // Clone the array
|
|---|
| 569 | //
|
|---|
| 570 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 571 | fDataD[i] = data->At(i);
|
|---|
| 572 |
|
|---|
| 573 | RealFTD(1);
|
|---|
| 574 |
|
|---|
| 575 | return new TArrayD(fDim,fDataD.GetArray());
|
|---|
| 576 |
|
|---|
| 577 | }
|
|---|
| 578 |
|
|---|
| 579 | //
|
|---|
| 580 | // Inverse Fast Fourier Transform for TArrayD's
|
|---|
| 581 | //
|
|---|
| 582 | TArrayD* MFFT::RealFunctionIFFT(const TArrayD *data)
|
|---|
| 583 | {
|
|---|
| 584 |
|
|---|
| 585 | fDim = data->GetSize();
|
|---|
| 586 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 587 |
|
|---|
| 588 | fDataD.Set(fDim);
|
|---|
| 589 | //
|
|---|
| 590 | // Clone the array
|
|---|
| 591 | //
|
|---|
| 592 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 593 | fDataD[i] = data->At(i);
|
|---|
| 594 |
|
|---|
| 595 | RealFTD(-1);
|
|---|
| 596 |
|
|---|
| 597 | return new TArrayD(fDim,fDataD.GetArray());
|
|---|
| 598 | }
|
|---|
| 599 |
|
|---|
| 600 |
|
|---|
| 601 | //
|
|---|
| 602 | // Power Spectrum Density Calculation
|
|---|
| 603 | //
|
|---|
| 604 | TH1D* MFFT::PowerSpectrumDensity(const TH1D *hist)
|
|---|
| 605 | {
|
|---|
| 606 |
|
|---|
| 607 | TH1D *newhist = (TH1D*)CheckHist(hist,1);
|
|---|
| 608 |
|
|---|
| 609 | fDataD.Set(fDim);
|
|---|
| 610 | //
|
|---|
| 611 | // Copy the hist into an array
|
|---|
| 612 | //
|
|---|
| 613 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 614 | fDataD[i] = hist->GetBinContent(i);
|
|---|
| 615 |
|
|---|
| 616 | RealFTD(1);
|
|---|
| 617 |
|
|---|
| 618 | Int_t dim2 = fDim*fDim;
|
|---|
| 619 | Double_t c02;
|
|---|
| 620 | Double_t ck2;
|
|---|
| 621 | Double_t cn2;
|
|---|
| 622 | //
|
|---|
| 623 | // Fill the new histogram:
|
|---|
| 624 | //
|
|---|
| 625 | // 1) P(0) = 1/(N*N) |C(0)|*|C(0)|
|
|---|
| 626 | // (stored in fData{0])
|
|---|
| 627 | //
|
|---|
| 628 | c02 = fDataD[0]*fDataD[0];
|
|---|
| 629 | newhist->Fill(c02/dim2);
|
|---|
| 630 | //
|
|---|
| 631 | // 2) P(k) = 1/(N*N) (|C(k)|*|C(k)| + |C(N-k)|*|C(N-k)|)
|
|---|
| 632 | //
|
|---|
| 633 | for (Int_t k=2;k<fDim-2;k+=2)
|
|---|
| 634 | {
|
|---|
| 635 |
|
|---|
| 636 | Int_t ki = k+1;
|
|---|
| 637 | ck2 = (fDataD[k]*fDataD[k] + fDataD[ki]*fDataD[ki]);
|
|---|
| 638 | newhist->Fill(ck2/dim2);
|
|---|
| 639 | }
|
|---|
| 640 | //
|
|---|
| 641 | // 3) P(N) = 1/(N*N) (|C(n/2)|*|C(n/2)|)
|
|---|
| 642 | // (stored in fData[1])
|
|---|
| 643 | //
|
|---|
| 644 | cn2 = (fDataD[1]*fDataD[1]);
|
|---|
| 645 | newhist->Fill(cn2/dim2);
|
|---|
| 646 |
|
|---|
| 647 | return newhist;
|
|---|
| 648 | }
|
|---|
| 649 |
|
|---|
| 650 | //
|
|---|
| 651 | // Power Spectrum Density calculation for TArrayF
|
|---|
| 652 | //
|
|---|
| 653 | TArrayF* MFFT::PowerSpectrumDensity(const TArrayF *array)
|
|---|
| 654 | {
|
|---|
| 655 |
|
|---|
| 656 | fDim = array->GetSize();
|
|---|
| 657 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 658 |
|
|---|
| 659 | fDataF.Set(fDim);
|
|---|
| 660 | //
|
|---|
| 661 | // Copy the hist into an array
|
|---|
| 662 | //
|
|---|
| 663 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 664 | fDataF[i] = array->At(i);
|
|---|
| 665 |
|
|---|
| 666 | RealFTF(1);
|
|---|
| 667 |
|
|---|
| 668 | const Int_t dim2 = fDim*fDim;
|
|---|
| 669 | const Int_t dim05 = fDim/2;
|
|---|
| 670 | Float_t c02;
|
|---|
| 671 | Float_t ck2;
|
|---|
| 672 | Float_t cn2;
|
|---|
| 673 |
|
|---|
| 674 | TArrayF *newarray = new TArrayF(dim05);
|
|---|
| 675 |
|
|---|
| 676 | //
|
|---|
| 677 | // Fill the new histogram:
|
|---|
| 678 | //
|
|---|
| 679 | // 1) P(0) = 1/(N*N) |C(0)|*|C(0)|
|
|---|
| 680 | //
|
|---|
| 681 | c02 = (fDataF[0]*fDataF[0]);
|
|---|
| 682 | newarray->AddAt(c02/dim2,0);
|
|---|
| 683 | //
|
|---|
| 684 | // 2) P(k) = 1/(N*N) (|C(k)|*|C(k)|))
|
|---|
| 685 | //
|
|---|
| 686 | for (Int_t k=0;k<dim05-1;k++)
|
|---|
| 687 | {
|
|---|
| 688 | const Int_t k2 = k+k;
|
|---|
| 689 | ck2 = (fDataF[k2]*fDataF[k2] + fDataF[k2+1]*fDataF[k2+1]);
|
|---|
| 690 | newarray->AddAt(ck2/dim2,k);
|
|---|
| 691 | }
|
|---|
| 692 | //
|
|---|
| 693 | // 3) P(N) = 1/(N*N) (|C(n/2)|*|C(n/2)|)
|
|---|
| 694 | //
|
|---|
| 695 | cn2 = (fDataF[1]*fDataF[1]);
|
|---|
| 696 | // newarray->AddAt(cn2,dim05-1);
|
|---|
| 697 |
|
|---|
| 698 | return newarray;
|
|---|
| 699 | }
|
|---|
| 700 |
|
|---|
| 701 |
|
|---|
| 702 | TArrayD* MFFT::PowerSpectrumDensity(const TArrayD *array)
|
|---|
| 703 | {
|
|---|
| 704 |
|
|---|
| 705 | fDim = array->GetSize();
|
|---|
| 706 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 707 |
|
|---|
| 708 | fDataD.Set(fDim);
|
|---|
| 709 | //
|
|---|
| 710 | // Copy the hist into an array
|
|---|
| 711 | //
|
|---|
| 712 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 713 | fDataD[i] = array->At(i);
|
|---|
| 714 |
|
|---|
| 715 | RealFTD(1);
|
|---|
| 716 |
|
|---|
| 717 | const Int_t dim2 = fDim*fDim;
|
|---|
| 718 | const Int_t dim05 = fDim/2;
|
|---|
| 719 | Float_t c02;
|
|---|
| 720 | Float_t ck2;
|
|---|
| 721 | Float_t cn2;
|
|---|
| 722 |
|
|---|
| 723 | TArrayD *newarray = new TArrayD(dim05);
|
|---|
| 724 |
|
|---|
| 725 | //
|
|---|
| 726 | // Fill the new histogram:
|
|---|
| 727 | //
|
|---|
| 728 | // 1) P(0) = 1/(N*N) |C(0)|*|C(0)|
|
|---|
| 729 | //
|
|---|
| 730 | c02 = (fDataD[0]*fDataD[0]);
|
|---|
| 731 | // newarray->AddAt(c02/dim2,0);
|
|---|
| 732 | //
|
|---|
| 733 | // 2) P(k) = 1/(N*N) (|C(k)|*|C(k)|))
|
|---|
| 734 | //
|
|---|
| 735 | for (Int_t k=0;k<dim05-1;k++)
|
|---|
| 736 | {
|
|---|
| 737 | const Int_t k2 = k+k;
|
|---|
| 738 | ck2 = (fDataD[k2]*fDataD[k2] + fDataD[k2+1]*fDataD[k2+1]);
|
|---|
| 739 | newarray->AddAt(ck2/dim2,k);
|
|---|
| 740 | }
|
|---|
| 741 | //
|
|---|
| 742 | // 3) P(N) = 1/(N*N) (|C(n/2)|*|C(n/2)|)
|
|---|
| 743 | //
|
|---|
| 744 | cn2 = (fDataD[1]*fDataD[1]);
|
|---|
| 745 | // newarray->AddAt(cn2,dim05-1);
|
|---|
| 746 |
|
|---|
| 747 | return newarray;
|
|---|
| 748 | }
|
|---|
| 749 |
|
|---|
| 750 |
|
|---|
| 751 | //
|
|---|
| 752 | // Power Spectrum Density calculation for TH1
|
|---|
| 753 | //
|
|---|
| 754 | TH1F* MFFT::PowerSpectrumDensity(const TH1 *hist)
|
|---|
| 755 | {
|
|---|
| 756 |
|
|---|
| 757 | TH1F *newhist = (TH1F*)CheckHist(hist,0);
|
|---|
| 758 |
|
|---|
| 759 | fDataF.Set(fDim);
|
|---|
| 760 | //
|
|---|
| 761 | // Copy the hist into an array
|
|---|
| 762 | //
|
|---|
| 763 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 764 | fDataF[i] = hist->GetBinContent(i);
|
|---|
| 765 |
|
|---|
| 766 | RealFTF(1);
|
|---|
| 767 |
|
|---|
| 768 | Int_t dim2 = fDim*fDim;
|
|---|
| 769 | Float_t c02;
|
|---|
| 770 | Float_t ck2;
|
|---|
| 771 | Float_t cn2;
|
|---|
| 772 | //
|
|---|
| 773 | // Fill the new histogram:
|
|---|
| 774 | //
|
|---|
| 775 | // 1) P(0) = 1/(N*N) |C(0)|*|C(0)|
|
|---|
| 776 | //
|
|---|
| 777 | c02 = (fDataF[0]*fDataF[0]);
|
|---|
| 778 | newhist->Fill(0.,c02/dim2);
|
|---|
| 779 | //
|
|---|
| 780 | // 2) P(k) = 1/(N*N) (|C(k)|*|C(k)|))
|
|---|
| 781 | //
|
|---|
| 782 | for (Int_t k=2;k<fDim;k+=2)
|
|---|
| 783 | {
|
|---|
| 784 | ck2 = (fDataF[k]*fDataF[k] + fDataF[k+1]*fDataF[k+1]);
|
|---|
| 785 | newhist->Fill(k/2.,ck2/dim2);
|
|---|
| 786 | }
|
|---|
| 787 | //
|
|---|
| 788 | // 3) P(N) = 1/(N*N) (|C(n/2)|*|C(n/2)|)
|
|---|
| 789 | //
|
|---|
| 790 | cn2 = (fDataF[1]*fDataF[1]);
|
|---|
| 791 | newhist->Fill(fDim/2.-1.,cn2/dim2);
|
|---|
| 792 |
|
|---|
| 793 | return newhist;
|
|---|
| 794 | }
|
|---|
| 795 |
|
|---|
| 796 |
|
|---|
| 797 | //
|
|---|
| 798 | // Power Spectrum Density calculation for TH1I
|
|---|
| 799 | //
|
|---|
| 800 | TH1F* MFFT::PowerSpectrumDensity(const TH1F *hist)
|
|---|
| 801 | {
|
|---|
| 802 | return PowerSpectrumDensity((TH1*)hist);
|
|---|
| 803 | }
|
|---|
| 804 |
|
|---|
| 805 | //
|
|---|
| 806 | // Power Spectrum Density calculation for TH1I
|
|---|
| 807 | //
|
|---|
| 808 | TH1F* MFFT::PowerSpectrumDensity(const TH1I *hist)
|
|---|
| 809 | {
|
|---|
| 810 | return PowerSpectrumDensity((TH1*)hist);
|
|---|
| 811 | }
|
|---|
| 812 |
|
|---|
| 813 |
|
|---|
| 814 | void MFFT::CheckDim(Int_t a)
|
|---|
| 815 | {
|
|---|
| 816 |
|
|---|
| 817 | // If even number, return 0
|
|---|
| 818 | if (a==2) return;
|
|---|
| 819 |
|
|---|
| 820 | // If odd number, return the closest power of 2
|
|---|
| 821 | if (a & 1)
|
|---|
| 822 | {
|
|---|
| 823 | Int_t b = 1;
|
|---|
| 824 | while (b < fDim/2+1)
|
|---|
| 825 | b <<= 1;
|
|---|
| 826 |
|
|---|
| 827 | fDim = b;
|
|---|
| 828 | gLog << warn << "Dimension of Data is not a multiple of 2, will take only first "
|
|---|
| 829 | << fDim << " entries! " << endl;
|
|---|
| 830 | return;
|
|---|
| 831 | }
|
|---|
| 832 |
|
|---|
| 833 | CheckDim(a>>1);
|
|---|
| 834 | }
|
|---|
| 835 |
|
|---|
| 836 | TH1* MFFT::CheckHist(const TH1 *hist, const Int_t flag)
|
|---|
| 837 | {
|
|---|
| 838 |
|
|---|
| 839 | // number of entries
|
|---|
| 840 | fDim = hist->GetNbinsX();
|
|---|
| 841 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 842 |
|
|---|
| 843 | // Step width
|
|---|
| 844 | Double_t delta = hist->GetBinWidth(1);
|
|---|
| 845 |
|
|---|
| 846 | // Nyquist frequency
|
|---|
| 847 | Axis_t fcrit = 1./(2.*delta);
|
|---|
| 848 | Axis_t low = -0.5;
|
|---|
| 849 | Axis_t up = fcrit;
|
|---|
| 850 |
|
|---|
| 851 | switch (flag)
|
|---|
| 852 | {
|
|---|
| 853 | case 0:
|
|---|
| 854 | return new TH1F(Form("%s%s",hist->GetName()," PSD"),
|
|---|
| 855 | Form("%s%s",hist->GetTitle()," - Power Spectrum Density"),
|
|---|
| 856 | fDim/2,low,up);
|
|---|
| 857 | break;
|
|---|
| 858 | case 1:
|
|---|
| 859 | return new TH1D(Form("%s%s",hist->GetName()," PSD"),
|
|---|
| 860 | Form("%s%s",hist->GetTitle()," - Power Spectrum Density"),
|
|---|
| 861 | fDim/2,low,up);
|
|---|
| 862 | break;
|
|---|
| 863 | default:
|
|---|
| 864 | return new TH1F(Form("%s%s",hist->GetName()," PSD"),
|
|---|
| 865 | Form("%s%s",hist->GetTitle()," - Power Spectrum Density"),
|
|---|
| 866 | fDim/2,low,up);
|
|---|
| 867 | break;
|
|---|
| 868 | }
|
|---|
| 869 | }
|
|---|
| 870 |
|
|---|
| 871 | //
|
|---|
| 872 | // Real function spectrum with data windowing
|
|---|
| 873 | //
|
|---|
| 874 | TArrayF* MFFT::RealFunctionSpectrum(const TArrayF *data)
|
|---|
| 875 | {
|
|---|
| 876 |
|
|---|
| 877 | fDim = data->GetSize();
|
|---|
| 878 | CheckDim(fDim);
|
|---|
| 879 |
|
|---|
| 880 | fDataF.Set(fDim);
|
|---|
| 881 | //
|
|---|
| 882 | // Copy the hist into an array
|
|---|
| 883 | //
|
|---|
| 884 | for (Int_t i=0;i<fDim;i++)
|
|---|
| 885 | fDataF[i] = data->At(i);
|
|---|
| 886 |
|
|---|
| 887 | fWindowF.Set(fDim);
|
|---|
| 888 |
|
|---|
| 889 | Int_t dim2 = fDim/2;
|
|---|
| 890 |
|
|---|
| 891 | TArrayF *power = new TArrayF(dim2);
|
|---|
| 892 |
|
|---|
| 893 | //
|
|---|
| 894 | // Start program spctrm from NR's
|
|---|
| 895 | //
|
|---|
| 896 | Float_t w, facp, facm, sumw=0.;
|
|---|
| 897 |
|
|---|
| 898 | facm = dim2;
|
|---|
| 899 | facp = 1./dim2;
|
|---|
| 900 |
|
|---|
| 901 | for (Int_t j=0;j<dim2;j++)
|
|---|
| 902 | {
|
|---|
| 903 | Int_t j2 = j+j;
|
|---|
| 904 | w = ApplyWindow(j,facm,facp);
|
|---|
| 905 | sumw += w*w;
|
|---|
| 906 | fWindowF[j2] = fDataF[j]*w;
|
|---|
| 907 | fWindowF[j2+1] = fDataF[dim2+j]*w;
|
|---|
| 908 | }
|
|---|
| 909 |
|
|---|
| 910 | TransformF(1,fWindowF);
|
|---|
| 911 |
|
|---|
| 912 | power->AddAt(fWindowF[0]*fWindowF[0] + fWindowF[1]*fWindowF[1],0);
|
|---|
| 913 |
|
|---|
| 914 | // power->AddAt(fWindowF[0]*fWindowF[0],0);
|
|---|
| 915 | // power->AddAt(fWindowF[1]*fWindowF[1],dim2-1);
|
|---|
| 916 |
|
|---|
| 917 |
|
|---|
| 918 | for (Int_t j=1;j<dim2;j++)
|
|---|
| 919 | // for (Int_t j=1;j<dim2;j++)
|
|---|
| 920 | {
|
|---|
| 921 | Int_t j2 = j+j;
|
|---|
| 922 | Float_t buf = fWindowF[j2+1] *fWindowF[j2+1]
|
|---|
| 923 | + fWindowF[j2 ] *fWindowF[j2 ]
|
|---|
| 924 | + fWindowF[fDim-j2+1]*fWindowF[fDim-j2+1]
|
|---|
| 925 | + fWindowF[fDim-j2 ]*fWindowF[fDim-j2 ] ;
|
|---|
| 926 | power->AddAt(buf/sumw/(fDim+fDim),j);
|
|---|
| 927 | }
|
|---|
| 928 |
|
|---|
| 929 | return power;
|
|---|
| 930 |
|
|---|
| 931 | }
|
|---|
| 932 |
|
|---|