付録 F ． ROOT 入門
ROOTはCERNで開発されたオブジェクト指向のプログラムパッケージで，ヒストグラム，図形描画，フッ ティングなどのデータ解析ができ，CやC++のプログラムも扱えるので高度なデータ処理も可能である.
ROOT の起動と終了，簡単なラインコマンド
$ root とシェルプロンプトで入力する．
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* W E L C O M E to R O O T *
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* Version 4.00/08 1 December 2004 *
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* http://root.cern.ch *
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メッセージ root [ ]
と表示され,rootプロンプトに変わる. 簡単な例では root [ ] 3/sqrt(23)
(const double)6.25543242171224370e-01 の様な電卓機能もある. ROOTを終了するためには，
root [ ] .q
マクロの実行とグラフ描画
ROOTのコマンド類を授業で詳細に説明するのは困難であり，またC/C++の知識が必要でもある. まずミュ ーオンの寿命測定の準備で得られるデータのグラフ化を例にし，次にヒストグラムの作り方を説明する.
$ cp /home/wmass/exp3/graph.c .
$ cp /home/wmass/exp3/graphX.c .
$ cp /home/wmass/exp3/graphXS.c .
$ cp /home/wmass/exp3/data.dat .
として，Cプログラムとデータファイルの雛形を作業領域にコピーしておく. データファイルは$ less data.dat とすれば中身がわかるが，
HV curve <Group 1: Jan 20, 2008>... グラフのタイトル
HV [V] ... X軸名
Efficiency [%] ... Y軸名
1000 80 1.26 1000 800 ... 1つ目のデータ
1100 76 1.35 1000 760 ... 2つ目
1200 75 1.37 1000 750 ...
となっている. データとして，X，Y，Yの不確かさ，効率計算での分母と分子の計数の順に与えている. これを 読み込んで，Yの不確かさつきのグラフにするには，rootを起動して
root [ ] .x graph.c
として，Cのプログラムgraph.cを実行（.x）させる. もう１つX端末を開いて，emacsでgraph.cの中身を 簡単に見てみよう. 基本的にはC言語プログラムであるが，ヘッダー文が不要（ROOTが扱うCインタープリ ターにライブラリーとして組み込み済みであるため）などの違いがある.
[1] 16-22行：用いる変数の定義
[2] 24-41行: C/C++でのデータファイルの読み取り
[3] 46-68行：ROOTライブラリーを使ってグラフを描く.説明は各行のコメントを参照
[4] 71-75行：ROOTによりグラフをepsファイルに保存
ROOTはC++で書かれているので，何か（オブジェクト）を持ってきて，それをどうするか，というプログ ラミングになっている. [3]ではキャンバス（c1）と誤差棒つきのグラフ（gr）オブジェクトが定義されて，それ らの定義の際に，キャンバスの大きさとか描画するデータなどを受け渡している.
読み込むデータファイル名を変更するには12行目を変えれば良い. emacs画面で変更保存し（C-x C-s），
ROOT画面で再度 .x graph.c を実行する. 同様にデータポイントの色や形の変更なども，2つの画面を使う ことで結果を確かめながら簡単にできる. 色や形は，キャンバスのView/Colors やView/Markersタブを開く と情報が得られる.
描画されたグラフオブジェクト上で設定を変更できるのもROOTの機能のひとつである. View/Editorで編 集画面を表示させ，グラフ上の変更したい部分（メンバー）上でマウスをクリックするとその設定が示される. 変 更後は，File/Save/c1.epsの選択でepsファイルが生成される.
data.datには計算しておいた効率と不確かさを入力したが，計算をプログラムに任せる方が通常であろう.
graphX.cは同じ入力データを読み込めるが，これらをdummy1，dummy2として読み取ってはいるもののその後
は使っていない（だから適当に値１を入れておけば読み取りに問題ない）. 同様に入力ファイル名を正しく与え てから
root [ ].x graphX.c
としてグラフを描かせてみよう. (データファイル名)X.epsが生成される. このプログラムでは，計数が少ない場 合（10以下）のポアソン分布による非対称な不確かさも，関数poisson_errorを用いて近似的に考慮されている. そのため使用するグラフオブジェクトもTGraphErrorsからTGraphAsymmErrors に変更している.
光電子増倍管のHVカーブでシングルレートも一緒に描くにはデータセットとして HV single time dummy denom numer
としたデータを用意し，
root [ ].x graphXS.c
とすると，上にHVカーブが下にシングルレートの測定結果を描画できる.
（ポアソン分布とガウス分布による不確かさの違いは 【5】統計処理での説明から予想されるが，授業では定量 的には扱わない）
ヒストグラムと関数フィット
統計処理したい実験データの分布はヒストグラム（度数分布表）を用いて表すことが多い. ROOTにはヒスト グラム表示や関数フィットなどの機能もある. ROOTを起動してから，histo.cをコピーして実行しよう.
root [ ] .!cp /home/wmass/exp3/histo.c . ... cpシェルコマンドをROOTから実行 root [ ] .x histo.c ... histo.cを実行
[87.5,92.5]の範囲で一様乱数を発生した場合，中心値＝90，標準偏差2.5/2.3548のガウス分布，中心値＝90，全 値半幅2.5のBreit-Wigner分布の乱数を発生した場合のグラフが描かれる. 主なROOT関数（これらはCプロ グラムで書かれているがroot[ ]コマンドラインにタイプしても同じ）を説明する.
TH1F *h1 = new TH1F("h1","Uniform",50,80,100)... 1次元ヒストグラムh1をタイトル，ビン数，最小 値，最大値を与えて用意
h1->Fill(x).... データをつめる h1->Draw()... プロットする
グラフの場合と同様に，軸名や色などの指定ができる. 例は複数のグラフやヒストを1ページに表示する方法 も示している.
c2->Divide(2,2)...キャンバスc2を2列2行に分割 c2->cd(2)...2番目のパッドに移動（その後にDrawする）
グラフのフィットの例を以下に示す. gaus,expo,polN(N次多項式)などは定義済の関数で，これらを用いて 別の関数も定義できる. histo.cで作成したヒストグラムを使って，対話形式でフィットをしてみよう. ROOT のウィンドウで
root[ ] .ls... オブジェクトのリスト
とすると既に定義されているオブジェクト，h1,h2,h3が表示される. root [ ] c2->cd(2).... 2番目のパッドに移動
root [ ] h2->Fit("gaus")...ガウス関数でフィット
root [ ] h2->GetFunction("gaus")->SetLineColor(2)...ガウス関数の色を赤に root [ ] h2->Draw()... 再度描画
root [ ] gStyle->SetOptFit(1111)... Fit結果を表示する root [ ] c2->cd(3).... 3番目のパッドに移動
root [ ] h3->Fit("gaus","","",86,94)... 領域[86,94]のみをガウス関数でフィット root [ ] h3->GetFunction("gaus")->SetLineColor(5)...ガウス関数の色を青に root [ ] h3->Draw()... 再度描画
複数のヒストグラム分布を比べるには，以下のようにsameオプションをつけて描画する. root [ ] c2->cd(1)... 1番目のパッドを使って
root [ ] h3->Draw()... h3ヒストグラムを描画し
root [ ] h2->SetLineColor(3)...h2ヒストグラムの色指定 root [ ] h2->Draw("same")...同じパッドに描画
自分で定義した関数でフィットしたい場合は root [ ] c2->cd(4)....4番目のパッドに移動
root [ ] TF1 *myf = new TF1("myf","[0]*exp(-(pow(x-[1],2)/2/pow([2],2))+[3]))"
... 4パラメータのmyf(定数＋ガウス関数)を定義 root [ ] h3->Fit("myf")... myfでh3をフィット
フィットは初期値が悪いと収束しない場合が多く，適切な値を設定する必要がある.
root [ ] myf->SetParameters(1000,90,2,0)...パラメータの[0]∼[3]の初期値をあたえる root [ ] h3->Fit("myf")... もう一度フィット
root [ ] h3->GetFunction("myf")->SetLineColor(2) root [ ] h3->Draw()
などができる. プロットを保存するには，File/Save/c2.eps を選択する.
http://root.cern.ch/にroot使用例やマニュアルがある. また，Linux, Windows, Macなどのプラットホ ームで使用できるコードが無償で配布されている.
ミューオン寿命測定 データ解析の準備
1 解析用端末にログインする
データ解析は，実験室にある解析用Linuxもしくは全学計算機システムを利用して行う．これには，以下2 通りの方法がある．
■実験室にある解析用Linuxを使用する 実験室には，解析用に使用可能なLinux端末が8台ほど用意され ており，ミューオン寿命データの解析を行える．注意：受講生全員が1人1台使えるほどの数は用意されていな いため，もし不足した場合は他の人と交代で使用するか，次項を参照しながら全学計算機システムを使用する こと．
まず，グループアカウントでLinux端末にログインする．ユーザー名はgroup 1∼4 で、パスワードは担当 教員に聞く．
ログインできたら，各自の作業領域を作成する．解析用端末から見えているファイルやディレクトリは，端 末自身のハードディスクではなく，別の計算機のディスクをネットワーク越しに接続しており（Network File
System; FS），同じアカウントを使う限り，どの端末でログインしても共通の領域を操作することになる．し
たがって，自分専用の作業領域を作成しておかないと，同じグループの他の人の作業との衝突が起き，意図せ ずファイル内容が変更されるなどの問題が生じることがある．
$ mkdir directory名 # 作 業 デ ィ レ ク ト リ を 作 成 ．
$ cd directory名 # 作 業 デ ィ レ ク ト リ に 移 動 ．
directory名は適切につける．特に同じグループの他の人と重複した名前にならないよう注意すること．
■全学計算機システムを使用する場合 全学計算機システムを使用する場合，自分のノートパソコンが必要と なる．必ず実験の授業に持参すること．注意：実験室でインターネット接続するには，大学無線LANシステム を利用する．多くの人が同時に接続すると，回線速度が低下してしまう可能性がある．もし作業に支障をきた すほど速度が低下した場合は，前項「実験室にある解析用Linuxを使用する場合」に従って実験室端末を使用 すること．
まず，以下の手順で大学無線LANシステムに接続する．
1. “utwlan-w”という名前のネットワークを探し，接続する．
2. セキュリーキーを入力．セキュリティーキーはutwla-pubに接続した上でブラウザを開き，「パスフレ ーズを入手」というリンクから調べることができる．
3. ウェブブラウザを開くと，「筑波大学アクセスポイント接続」というページが表示されるので，「日本語 ページはこちら」を選択．
4.「アクセスポイント接続：利用に際しての注意事項」というページに遷移するので，内容を理解した上 で 同意する (accept)をクリック．
5. User ID (UTID)とPasswordを入力してloginをクリック．
これで，インターネットに接続できるようになる．
次に，以下のウェブページにある説明を参考に，Linuxデスクトップにログインできるように設定を行う．
https://www.u.tsukuba.ac.jp/remote/#linux