ROOT (CERN)

У этого термина существуют и другие значения, см. Root.

ROOT
Пример графика построенного ROOT, который показывает интересные регионы в 2D распределении
Тип	Анализ данных
Разработчик	CERN
Написана на	C++
Операционная система	Cross-platform
Последняя версия	5.30/00 (June 28, 2011)
Лицензия	LGPL/GPL
Сайт	http://root.cern.ch/

ROOT — пакет объектно-ориентированных программ и библиотек, разработанных в Европейском центре ядерных исследований. Пакет был разработан специально для использования в качестве платформы обработки экспериментальных данных физики высоких энергий и содержит специфичные для этой области продукты, однако также может быть использованы для анализа других данных, например, в астрономии.

Описание

CERN поддерживал свою программную библиотеку, написанную на языке Фортран 77; разработка и поддержка была прекращена в 2003 году в пользу ROOT, написанного на C++.

Разработка ROOT была инициирована сотрудниками CERNа Рене Брюном и Фонсом Рэйдмэйкерсом в 1994 году. Некоторые части пакета опубликованы под лицензией LGPL, некоторые — под GPL, таким образом весь проект базируется на свободном программном обеспечении. Он предоставляет кроссплатформенный интерфейс к графической подсистеме и операционной системе используя механизмы абстракции данных. Частями абстрактной платформы являются:

• графический интерфейс пользователя,
• графический интерфейс разработки,
• классы-контейнеры,
• система средств самоизменения программ,
• скриптовый язык на основе C++,
• командный интерпретатор (CINT),
• система сериализации объектов,
• система долговременного сохранения данных (persistence).

Пакеты, включённые в ROOT, содержат:

• средства для создания гистограмм и графиков функций для визуализации и анализа вероятностных распределений и функций;
• средства «подгонки» (фитирования) теоретических кривых под экспериментальные данные и минимизации функций (для подборки наиболее простой зависимости, описывающей экспериментальные данные);
• инструменты статистического анализа;
• инструменты матричной алгебры;
• средства для четырёхвекторных вычислений (четырёхмерное пространство Минковского удобно применяется в физике высоких энергий);
• стандартные математические функции;
• инструменты многовариантного анализа данных, то есть использования нейронных сетей;
• средства обработки изображений, используемые, например, для анализа астрономических снимков;
• средства доступа к распределённым данным (в контексте таблиц баз данных);
• инструменты распределённых вычислений, параллелизации обработки данных;
• средства сериализации и долговременного сохранения объектов;
• инструменты доступа к базам данных;
• средства геометрической 3D-визуализации;
• инструменты для создания файлов в различных графических форматах, таких как PostScript, JPEG, SVG;
• двусторонние интерфейсы к языкам Python и Ruby (возможности использования средств ROOT из кода на Python или Ruby и использование модулей, написанных на Python или Ruby, из ROOT);
• интерфейсы к Монте-Карло-генераторам событий физики элементарных частиц.

Ключевой возможностью пакета ROOT является специальный контейнер данных, называемый деревом (Tree), вместе с его подмножествами ветвями (Branch) и листьями (Leaf). Дерево может быть представлено как удобное средство чтения и записи данных в файле. Следующий элемент данных, записанный в файле, может быть получен инкрементированием индекса дерева. Такой подход позволяет избежать проблем с выделением памяти при создании объектов, и даёт возможность дереву выступать в качестве «лёгкого» контейнера при буферизации данных.

ROOT разрабатывался как высокопроизводительная вычислительная библиотека, необходимая для обработки данных Большого Адронного Коллайдера, поток которых достигает нескольких петабайт в год. С 2009 года ROOT используется в подавляющем большинстве экспериментов физики высоких энергий; абсолютное большинство современных результатов и иллюстраций в этой области науки получено именно с использованием ROOT.

Включение в пакет интерпретатора C++ CINT значительно увеличило гибкость пакета, так как позволило использовать средства ROOT в интерактивном режиме или посредством написания скриптов, что сделало его похожим на MATLAB.

Основная критика ROOT связана с утверждениями о том, что для начинающих пользователей достаточно сложно освоить этот продукт, его широкие возможности и средства.^[1] Периодически эти проблемы обсуждаются пользователями и разработчиками ROOT в специальном списке рассылки.^[2][3]

Применения ROOT

Многие экспериментальные лаборатории физики высоких энергий используют программное обеспечение, основанное на ROOT, иногда вопреки более стандартным программным решениям (например, использование контейнеров ROOT вместо классов STL).

• Программное обеспечение, основанное на ROOT, используется в экспериментах:
  • ALICE
  • ATLAS
  • BaBar
  • CB-ELSA/TAPS
  • CDF
  • CMS
  • COMPASS
  • DZero
  • H1
  • LHCb
  • MINOS
  • PHENIX
  • PHOBOS
  • STAR
  • ZEUS
  • CRESST
  • КМД-3
  • КЕДР

• Будущие эксперименты, которые на данный момент разрабатывают своё программное обеспечение с использованием ROOT:
  • NOνA
  • CBM
  • PANDA
  • BELLE II

• Астрофизические проекты использующие ROOT:
  • AMS
  • ANTARES
  • Fermi
  • IceCube
  • H.E.S.S.
  • MAGIC
  • Milagro (experiment)
  • Pierre Auger Observatory
  • VERITAS
  • PAMELA
  • PoGOLite

См. также

• Matplotlib — система анализа данных и графопостроения для Python
• SciPy — научная система анализа данных для Python, использующая классы NumPy
• HippoDraw — альтернативная система анализа данных на C++
• Java Analysis Studio — система анализа данных на Java, совместимая с AIDA
• JHepWork — Java-фреймворк, основанный на библиотеках FreeHEP
• R (язык программирования)
• AIDA (ПО) — набор открытых интерфейсов и форматов для обработки данных в физике элементарных частиц
• PAW
• IGOR Pro
• Scientific computing
• OpenDX
• CERN Program Library — старая программная библиотека CERN написанная на Fortran77 (ещё доступна, но не обновляется)

Примечания

1. ↑ The problem with ROOT
2. ↑ ROOTTALK: 27 July 2006
3. ↑ ROOTTALK: 28 July 2008

Ссылки

• Официальный сайт пакета ROOT
• Список рассылки для пользователей ROOT
• Сайт проекта Qt/ROOT
• GSI Object Oriented On-line Off-line system, альтернативный графический интерфейс пользователя для ROOT, основанный на QT/ROOT.
• OpenScientist система анализа данных на C++, совместимая с AIDA.
• The RooFit Toolkit for Data Modeling, расширение для ROOT с функциями анализа методом максимального правдоподобия
• Perl Binding using SWIG
• The Karma Rootra
• краткое руководство для начинающих