JAL-3210 Barebones gradle/buildship/eclipse. See README
[jalview.git] / src / jalview / analysis / GeneticCodes.java
index 88d4e69..137b7f8 100644 (file)
@@ -1,5 +1,7 @@
 package jalview.analysis;
 
+import jalview.bin.Cache;
+
 import java.io.BufferedReader;
 import java.io.IOException;
 import java.io.InputStream;
@@ -7,6 +9,7 @@ import java.io.InputStreamReader;
 import java.util.HashMap;
 import java.util.LinkedHashMap;
 import java.util.Map;
+import java.util.StringTokenizer;
 
 /**
  * A singleton that provides instances of genetic code translation tables
@@ -14,8 +17,26 @@ import java.util.Map;
  * @author gmcarstairs
  * @see https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Utils/wprintgc.cgi
  */
-public class GeneticCodes
+public final class GeneticCodes
 {
+  private static final int CODON_LENGTH = 3;
+
+  private static final String QUOTE = "\"";
+
+  /*
+   * nucleotides as ordered in data file
+   */
+  private static final String NUCS = "TCAG";
+
+  private static final int NUCS_COUNT = NUCS.length();
+
+  private static final int NUCS_COUNT_SQUARED = NUCS_COUNT * NUCS_COUNT;
+
+  private static final int NUCS_COUNT_CUBED = NUCS_COUNT * NUCS_COUNT
+          * NUCS_COUNT;
+
+  private static final String AMBIGUITY_CODES_FILE = "/AmbiguityCodes.dat";
+
   private static final String RESOURCE_FILE = "/GeneticCodes.dat";
 
   private static GeneticCodes instance = new GeneticCodes();
@@ -28,16 +49,6 @@ public class GeneticCodes
   private Map<String, GeneticCodeI> codeTables;
 
   /**
-   * Returns the singleton instance of this class
-   * 
-   * @return
-   */
-  public static GeneticCodes getInstance()
-  {
-    return instance;
-  }
-
-  /**
    * Private constructor enforces singleton
    */
   private GeneticCodes()
@@ -51,9 +62,20 @@ public class GeneticCodes
        * so we can assume the Standard Code Table is the first
        */
       codeTables = new LinkedHashMap<>();
+      loadAmbiguityCodes(AMBIGUITY_CODES_FILE);
       loadCodes(RESOURCE_FILE);
     }
-  };
+  }
+
+  /**
+   * Returns the singleton instance of this class
+   * 
+   * @return
+   */
+  public static GeneticCodes getInstance()
+  {
+    return instance;
+  }
 
   /**
    * Returns the known code tables, in order of loading.
@@ -95,55 +117,93 @@ public class GeneticCodes
     try
     {
       InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
+      if (is == null)
+      {
+        System.err.println("Resource file not found: " + fileName);
+        return;
+      }
       BufferedReader dataIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
 
-      String line = loadAmbiguityCodes(dataIn);
+      /*
+       * skip comments and start of table
+       */
+      String line = "";
+      while (line != null && !line.startsWith("Genetic-code-table"))
+      {
+        line = readLine(dataIn);
+      }
+      line = readLine(dataIn);
 
-      do
+      while (line.startsWith("{"))
       {
-        line = loadOneTable(line, dataIn);
-      } while (line != null);
-    } catch (IOException e)
+        line = loadOneTable(dataIn);
+      }
+    } catch (IOException | NullPointerException e)
     {
-      System.err.println("Error reading genetic codes data file: "
+      Cache.log.error(
+              "Error reading genetic codes data file " + fileName + ": "
               + e.getMessage());
     }
+    if (codeTables.isEmpty())
+    {
+      System.err.println(
+              "No genetic code tables loaded, check format of file "
+                      + fileName);
+    }
   }
 
   /**
-   * Reads for header line "Ambiguity Codes" and saves following data up to the
-   * first "Table". Returns the next ("Table") line.
+   * Reads and saves Nucleotide ambiguity codes from a data file. The file may
+   * include comment lines (starting with #), a header 'DNA', and one line per
+   * ambiguity code, for example:
+   * <p>
+   * R&lt;tab&gt;AG
+   * <p>
+   * means that R is an ambiguity code meaning "A or G"
    * 
-   * @param dataIn
-   * @return
-   * @throws IOException
+   * @param fileName
    */
-  protected String loadAmbiguityCodes(BufferedReader dataIn)
-          throws IOException
+  protected void loadAmbiguityCodes(String fileName)
   {
-    /*
-     * get first non-comment line
-     */
-    String line = readLine(dataIn);
-    if (line == null || !line.toUpperCase().startsWith("AMBIGUITY"))
-    {
-      return line;
-    }
-    while (true)
+    try
     {
-      line = readLine(dataIn);
-      if (line == null || line.toUpperCase().startsWith("TABLE"))
+      InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
+      if (is == null)
       {
-        return line;
+        System.err.println("Resource file not found: " + fileName);
+        return;
       }
-      String[] tokens = line.split("\\t");
-      ambiguityCodes.put(tokens[0].toUpperCase(), tokens[1].toUpperCase());
+      BufferedReader dataIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
+      String line = "";
+      while (line != null)
+      {
+        line = readLine(dataIn);
+        if (line != null && !"DNA".equals(line.toUpperCase()))
+        {
+          String[] tokens = line.split("\\t");
+          if (tokens.length == 2)
+          {
+          ambiguityCodes.put(tokens[0].toUpperCase(),
+                  tokens[1].toUpperCase());
+          }
+          else
+          {
+            System.err.println(
+                    "Unexpected data in " + fileName + ": " + line);
+          }
+        }
+      }
+    } catch (IOException e)
+    {
+      Cache.log.error(
+              "Error reading nucleotide ambiguity codes data file: "
+                      + e.getMessage());
     }
   }
 
   /**
-   * Reads up to and returns the next non-comment line. Comment lines start with
-   * a #.
+   * Reads up to and returns the next non-comment line, trimmed. Comment lines
+   * start with a #. Returns null at end of file.
    * 
    * @param dataIn
    * @return
@@ -156,63 +216,85 @@ public class GeneticCodes
     {
       line = readLine(dataIn);
     }
-    return line;
+    return line == null ? null : line.trim();
   }
 
   /**
-   * Reads the next lines of the data file describing one translation table, and
-   * creates an instance of GeneticCodeI for it. Returns the next line of the
-   * file (or null at end of file).
+   * Reads the lines of the data file describing one translation table, and
+   * creates and stores an instance of GeneticCodeI. Returns the '{' line
+   * starting the next table, or the '}' line at end of all tables. Data format
+   * is
+   * 
+   * <pre>
+   * {
+   *   name "Vertebrate Mitochondrial" ,
+   *   name "SGC1" ,
+   *   id 2 ,
+   *   ncbieaa  "FFLLSSSSYY**CCWWLLLLPPPPHHQQRRRRIIMMTTTTNNKKSS**VVVVAAAADDEEGGGG",
+   *   sncbieaa "----------**--------------------MMMM----------**---M------------"
+   *   -- Base1  TTTTTTTTTTTTTTTTCCCCCCCCCCCCCCCCAAAAAAAAAAAAAAAAGGGGGGGGGGGGGGGG
+   *   -- Base2  TTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGG
+   *   -- Base3  TCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAG
+   * },
+   * </pre>
    * 
-   * @param nextLine
+   * of which we parse the first name, the id, and the ncbieaa translations for
+   * codons as ordered by the Base1/2/3 lines. Note Base1/2/3 are included for
+   * readability and are in a fixed order, these are not parsed. The sncbieaa
+   * line marks alternative start codons, these are not parsed.
    * 
    * @param dataIn
    * @return
    * @throws IOException
    */
-  protected String loadOneTable(String nextLine, BufferedReader dataIn) throws IOException
+  protected String loadOneTable(BufferedReader dataIn) throws IOException
   {
-    String line = nextLine;
-    if (line == null)
-    {
-      return null;
-    }
-    
-    /*
-     * next line should be tab-delimited "Table", id and description
-     */
-    String[] tokens = line.split("\\t");
-    String id = tokens[1];
-    String name = tokens[2];
-
-    /*
-     * followed by codon translations
-     * - the full set for the first (Standard) code
-     * - variations (if any) for other codes
-     */
+    String name = null;
+    String id = null;
     Map<String, String> codons = new HashMap<>();
-    while (true)
+
+    String line = readLine(dataIn);
+
+    while (line != null && !line.startsWith("}"))
     {
-      line = readLine(dataIn);
-      if (line == null)
+      if (line.startsWith("name") && name == null)
       {
-        registerCodeTable(id, name, codons);
-        return null;
+        name = line.substring(line.indexOf(QUOTE) + 1,
+                line.lastIndexOf(QUOTE));
       }
-      tokens = line.split("\\t");
-      String codon = tokens[0];
-      String peptide = tokens[1];
-      if ("Table".equalsIgnoreCase(codon))
+      else if (line.startsWith("id"))
       {
-        /*
-         * start of next code table - construct this one,
-         * and return the next line of the data file
-         */
-        registerCodeTable(id, name, codons);
-        return line;
+        id = new StringTokenizer(line.substring(2)).nextToken();
       }
-      codons.put(codon.toUpperCase(), peptide.toUpperCase());
+      else if (line.startsWith("ncbieaa"))
+      {
+        String aminos = line.substring(line.indexOf(QUOTE) + 1,
+                line.lastIndexOf(QUOTE));
+        if (aminos.length() != NUCS_COUNT_CUBED) // 4 * 4 * 4 combinations
+        {
+          Cache.log.error("wrong data length in code table: " + line);
+        }
+        else
+        {
+          for (int i = 0; i < aminos.length(); i++)
+          {
+            String peptide = String.valueOf(aminos.charAt(i));
+            char codon1 = NUCS.charAt(i / NUCS_COUNT_SQUARED);
+            char codon2 = NUCS
+                    .charAt((i % NUCS_COUNT_SQUARED) / NUCS_COUNT);
+            char codon3 = NUCS.charAt(i % NUCS_COUNT);
+            String codon = new String(
+                    new char[]
+                    { codon1, codon2, codon3 });
+            codons.put(codon, peptide);
+          }
+        }
+      }
+      line = readLine(dataIn);
     }
+
+    registerCodeTable(id, name, codons);
+    return readLine(dataIn);
   }
 
   /**
@@ -239,38 +321,22 @@ public class GeneticCodes
       @Override
       public String translateCanonical(String codon)
       {
-        codon = codon.toUpperCase();
-        String peptide = codons.get(codon);
-        if (peptide == null)
-        {
-          /*
-           * delegate an unspecified codon to the Standard Table, 
-           * (unless this is the Standard Table!)
-           * but don't delegate ambiguity resolution
-           */
-          GeneticCodeI standardCodeTable = getStandardCodeTable();
-          if (this != standardCodeTable)
-          {
-            peptide = standardCodeTable.translateCanonical(codon);
-          }
-        }
-        return peptide;
+        return codons.get(codon.toUpperCase());
       }
 
       @Override
       public String translate(String codon)
       {
-        codon = codon.toUpperCase();
-        String peptide = translateCanonical(codon);
+        String upper = codon.toUpperCase();
+        String peptide = translateCanonical(upper);
 
         /*
          * if still not translated, check for ambiguity codes
          */
         if (peptide == null)
         {
-          peptide = getAmbiguousTranslation(codon, ambiguous, this);
+          peptide = getAmbiguousTranslation(upper, ambiguous, this);
         }
-
         return peptide;
       }
 
@@ -302,29 +368,23 @@ public class GeneticCodes
   protected String getAmbiguousTranslation(String codon,
           Map<String, String> ambiguous, GeneticCodeI codeTable)
   {
-    if (codon.length() != 3)
+    if (codon.length() != CODON_LENGTH)
     {
       return null;
     }
 
     boolean isAmbiguous = false;
-    String base1 = String.valueOf(codon.charAt(0));
-    if (ambiguityCodes.containsKey(base1))
-    {
-      isAmbiguous = true;
-      base1 = ambiguityCodes.get(base1);
-    }
-    String base2 = String.valueOf(codon.charAt(1));
-    if (ambiguityCodes.containsKey(base2))
-    {
-      isAmbiguous = true;
-      base2 = ambiguityCodes.get(base2);
-    }
-    String base3 = String.valueOf(codon.charAt(2));
-    if (ambiguityCodes.containsKey(base3))
+
+    char[][] expanded = new char[CODON_LENGTH][];
+    for (int i = 0; i < CODON_LENGTH; i++)
     {
-      isAmbiguous = true;
-      base3 = ambiguityCodes.get(base3);
+      String base = String.valueOf(codon.charAt(i));
+      if (ambiguityCodes.containsKey(base))
+      {
+        isAmbiguous = true;
+        base = ambiguityCodes.get(base);
+      }
+      expanded[i] = base.toCharArray();
     }
 
     if (!isAmbiguous)
@@ -338,11 +398,11 @@ public class GeneticCodes
      * only return the translation if they all agree, else null
      */
     String peptide = null;
-    for (char c1 : base1.toCharArray())
+    for (char c1 : expanded[0])
     {
-      for (char c2 : base2.toCharArray())
+      for (char c2 : expanded[1])
       {
-        for (char c3 : base3.toCharArray())
+        for (char c3 : expanded[2])
         {
           char[] cdn = new char[] { c1, c2, c3 };
           String possibleCodon = String.valueOf(cdn);