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pyhf

pyhf 是一个面向高能物理统计分析的纯 Python 实现,复现了 HistFactory 风格的多箱直方图统计模型并提供区间估计与假设检验功能。它基于渐近公式实现置信区间与检验统计量计算,同时支持 NumPy 与 JAX 等计算后端以利用自动微分与 GPU 加速。pyhf 提供从 JSON 工作区读取模型、命令行接口、Jupyter 教程和示例,并能通过 uproot 导入来自 ROOT 的 XML/工作区。该项目拥有详尽的文档、测试覆盖与引用方式,适合需要在 Python 生态中进行可重复、可验证统计推断的研究与工程工作。

介绍

概述

pyhf(pure-python HistFactory-style fitting)是一个用于多箱直方图统计分析的开源工具包,旨在在纯 Python 环境中实现 HistFactory 模型与基于似然的区间估计/假设检验。该项目兼顾科研可重复性与工程可用性,提供从模型构建、数据输入、推断计算到可视化的一整套工作流程。pyhf 强调与现代计算图库(如 JAX)的兼容性,以便利用自动微分GPU 加速来提升大规模计算的效率。

核心能力
  1. 纯 Python 实现 HistFactory 模型: 支持多通道、多样本、多箱的直方图模型,并实现常见的系统不确定性修饰(例如 HistoSys, OverallSys, ShapeSys, NormFactor, ShapeFactor, StatError, Lumi Uncertainty)。

  2. 推断与区间估计: 基于“渐近公式(Asymptotic formulae)”实现似然比检验与 CLs 类似的显著性/区间估计方法,同时也支持非渐近求解器用于更精确的数值计算。

  3. 多后端与优化器支持: 内置对 NumPyJAX 的后端适配,优化器方面支持 SciPyiminuit(MINUIT),并允许用户自定义后端或优化器以满足特殊需求。

  4. 工作区与互操作性: 支持从 JSON 序列化工作区加载模型,能通过 uproot 导入 ROOT/XML 格式的工作区,提供命令行接口便于脚本化操作和批处理运行。

  5. 教学与可视化资源: 提供 Jupyter / JupyterLite 教程、示例 notebook 与可视化工具(如 brazil plot),并通过 GitHub、文档站点和讨论区维护社区支持与持续集成测试。

推荐原因

pyhf 适合需要在 Python 环境中进行高能物理统计分析的研究者与工程师。它将 HistFactory 的建模范式搬到纯 Python 生态,便于与现有科学计算库集成、在云端或 GPU 上加速计算,并能通过可序列化的 JSON 工作区实现结果的可复现性与交换。项目有详细的文档、教程与引用信息,且在单元测试、持续集成与与 ROOT/HistoFactory 输出的对比验证方面有良好实践,适合用于教学、开发与生产化的统计推断工作流。

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