Questo esempio mostra come usare:

  -  strutture di dati
  -  allocazione dinamica della memoria
  -  liste "linkate" di strutture dati
  -  ricorsivita'
 
 

I files che compongono il programma sono disponibili dal file archivio compresso tracks.tar.gz (si ricorda che tale file puo' essere decompresso con il comando gunzip tracks.tar.gz e quindi espanso con tar xvf tracks.tar; oppure si possono eseguire le due operazioni contemporaneamente con tar zxvf tracks.tar.gz). L'espansione dell'archivio da' luogo ad una subdirectory Tracks/.

L'esempio e' tratto da quanto succede in un esperimento di fisica delle particelle elementari.

Un acceleratore accelera due fasci di particelle (per esempio elettroni e positroni) in due direzioni opposte e li fa collidere. Quando un elettrone e un positrone interagiscono, possono semplicemente subire un urto elastico ed uscire in direzioni diverse, oppure possono "annichilarsi" e dare luogo ad una coppia di particelle diverse. Queste possono a loro volta decadere od interagire fra loro, producendo una cascata di particelle figlie. Pertanto, ad ogni interazione si puo' formare un numero variabile di particelle (da 2 a un centinaio). Per curiosita', cliccando qui si possono vedere diversi esempi di stati finali prodotti da interazioni (in gergo ``eventi'') elettrone-positrone.

Ogni particella carica, attraversando il rivelatore, urta gli atomi di materiale che esso contiene, creando coppie elettrone-ione. E' possibile misurare la posizione in cui tali coppie vengono create, e pertanto si puo' risalire al percorso di ciascuna particella. Solitamente il rivelatore e' immerso in un campo magnetico uniforme, cosicche' le particelle cariche seguono traiettorie elicoidali, in cui il raggio e il passo dell'elica dipendono dalla grandezza e dalla direzione della quantita' di moto.

Riassumendo:  Ogni interazione (in gergo: ``evento'') puo' dare luogo ad un numero di particelle fortemente variabile. Ogni particella carica viene osservata nel rivelatore come una ``traccia'' costituita da sequenza di punti di ionizzazione (``hits'', in inglese ``urti'').
 
 

Il programma costituisce un semplice esempio di analisi dati acquisiti in un esperimento di fisica delle particelle. Gli eventi vengono letti uno per uno da un file. Per ciascuno viene creata una banca dati adatta a contenere tutte le tracce dell'evento. A mano a mano che una traccia viene letta dal file, viene riservata memoria per immagazzinarvi tutte le informazioni. Finito di leggere tutto l'evento, viene eseguita una semplice analisi, il cui risultato viene scritto su un file di output, quindi la banca dati contenente tutto l'evento viene distrutta. Se esistono altri eventi tutta la procedura viene ripetuta, altrimenti il programma termina.

L'analisi eseguita su ogni evento consiste in:

• scrivere semplicemente sul file di output tutte le tracce lette dal file di input (giusto per controllare che tutto funzioni....)
• ordinare le tracce in ordine decrescente sulla base della quantita' di moto di ciascuna
• riscrivere sul file di output tutte le tracce (per controllare che l'ordinamento e' avvenuto correttamente)
• calcolare l'energia e la quantita' di moto totale dell'evento, come somma sulle tracce,  e scrivere il risultato sul file di output

Si fa uso di diverse strutture dati. Ciascuna di queste e' dichiarata in un file con estensione .h, insieme ai prototipi delle funzioni definite su di essa; le implementazioni di tali funzioni sono invece nel corrispondente file con estensione .c.

• La struttura point (vedere point.h e point.c) definisce un punto 3-dimensionale.
• La struttura track (vedere track.h e track.c) definisce una ``traccia'', e deve contenere: le 3 componenti dell'impulso; le coordinate del punto da cui la traccia e' partita; l'energia della particella; la carica elettrica; il numero di ``hits''; il chi-quadro del fit della traccia attraverso gli hits; l'energia media persa per ionizzazione per ogni hit (chiamata dE/dx). Infine e' previsto un puntatore ad un'altra variabile di tipo track, il cui uso sara' chiaro fra poco....
• La struttura event (vedere event.h e event.c) costituisce la banca dati in cui vengono memorizzate tutte le informazioni relative ad un dato ``evento'', e altro non e' che una lista linkata di tracce. Contiene un numero intero che fa da identificatore dell'evento, alcune variabili globali (numero di tracce, energia e impulso totali dell'evento) e due puntatori ad oggetti di tipo track, che saranno rispettivamente la prima e l'ultima traccia della lista. Poiche' ogni traccia ha un puntatore alla traccia successiva (vedi paragrafo precedente), conoscendo il puntatore alla prima traccia dell'evento si puo' scorrere tutta la lista. L'ultima traccia ha come puntatore alla traccia successiva il puntatore nullo (NULL).

• event_io.h e event_io.c contengono prototipi ed implementazioni di funzione dedicate all'input/output di variabili di tipo evento e di tipo traccia.
• analysis.c e analysis.h servono a creare un eseguibile chiamato analysis che legge da un file una sequenza formattata di dati contenenti tutte le informazioni sulle tracce di ciascun evento, svolge su di essi l'analisi descritta sopra.
• generator.c e generator.h servono a definire un eseguibile (generator) che genera a caso una successione di ``eventi'' (cioe' sequenze di tracce) e li salva su file con un formato definito, in modo da poter essere letti dal programma analysis. N.B.: questo eseguibile non genera eventi seguendo leggi fisiche particolari; e' stato scritto solo per produrre files di dati adatti ad essere letti da analysis.
• randomizer.h e randomizer.c contengono prototipi ed implementazioni di una serie di generatori random. Alla base di tutti e' la funzione flat_random, che genera numeri nell'intervallo [0,1[ secondo una distribuzione piatta.

I files che compongono il programma sono disponibili dal file archivio compresso tracks.tar.gz (si ricorda che tale file puo' essere decompresso con il comando gunzip tracks.tar.gz e quindi espanso con tar xvf tracks.tar; oppure si possono eseguire le due operazioni contemporaneamente con tar zxvf tracks.tar.gz).

L'espansione dell'archivio da' luogo ad una subdirectory Tracks/ che contiene i seguenti files:
 

Makefile
README
analysis.c
analysis.h
event.c
event.h
event_io.c
event_io.h
generator.c
generator.h
point.c
point.h
randomizer.c
randomizer.h
track.c
track.h

Per creare gli eseguibili analysis e generator basta usare il comando

make <nome-eseguibile>.

./generator -n 10 -o run001.dat

./analysis run001.dat -o run001.procd

I dati da analizzare con il programma analysis possono essere creati con il programma generator, che li salva su disco in files formattati di tipo testo, con un formato del tipo:

    Event <n>
    Track <Px> <Py> <Pz> <Ox> <Oy> <Oz> <charge> <Nhits> <chi2> <dE/dx>
    Track <Px> <Py> <Pz> <Ox> <Oy> <Oz> <charge> <Nhits> <chi2> <dE/dx>
      :
      :
      :
      :
      :
    Track <Px> <Py> <Pz> <Ox> <Oy> <Oz> <charge> <Nhits> <chi2> <dE/dx>
    EndOfEvt
    Event <n>
    Track <Px> <Py> <Pz> <Ox> <Oy> <Oz> <charge> <Nhits> <chi2> <dE/dx>
      :
      :
      :
      :
      :
    Track <Px> <Py> <Pz> <Ox> <Oy> <Oz> <charge> <Nhits> <chi2> <dE/dx>
    EndOfEvt
    Event <n>
    Track <Px> <Py> <Pz> <Ox> <Oy> <Oz> <charge> <Nhits> <chi2> <dE/dx>
      :
      :
      :
      :
      :
    EndOfEvt

Ogni evento inizia con l'intestazione Event <n>, dove <n> e' il numero identificativo dell'evento. Segue una lista di tutte le tracce osservate nell'evento. Per ogni traccia c'e' una riga che inizia con Track, poi sono indicate le componenti dell' impulso (<Px>, <Py>, <Pz>), il punto di origine della traccia (<Ox>, <Oy>, <Oz>), la carica elettrica <charge>, il numero di punti di ionizzazione <Nhits>, il chi-quadro del fit della traccia attraverso tali punti (<chi2>) e infine la perdita media di energia per ionizzazione per unita' di lunghezza <dE/dx>. Ogni evento finisce con la riga EndOfEvt.