Merge branch 'develop' into features/JAL-2393customMatrices
[jalview.git] / src / jalview / analysis / scoremodels / ScoreMatrix.java
index f0115bf..22c81f1 100644 (file)
  */
 package jalview.analysis.scoremodels;
 
-import jalview.api.analysis.ScoreModelI;
+import jalview.math.Matrix;
+import jalview.math.MatrixI;
 
-import java.io.BufferedReader;
-import java.io.IOException;
-import java.io.InputStream;
-import java.io.InputStreamReader;
 import java.util.Arrays;
-import java.util.StringTokenizer;
 
-public class ScoreMatrix extends PairwiseSeqScoreModel implements
-        ScoreModelI
+public class ScoreMatrix implements PairwiseScoreModelI
 {
   public static final short UNMAPPED = (short) -1;
 
-  private static final String DELIMITERS = " ,\t";
-
-  private static final String COMMENT_CHAR = "#";
-
   private static final String BAD_ASCII_ERROR = "Unexpected character %s in getPairwiseScore";
 
   private static final int MAX_ASCII = 127;
@@ -70,7 +61,9 @@ public class ScoreMatrix extends PairwiseSeqScoreModel implements
   private boolean peptide;
 
   /**
-   * Constructor
+   * Constructor given a name, symbol alphabet, and matrix of scores for pairs
+   * of symbols. The matrix should be square and of the same size as the
+   * alphabet, for example 20x20 for a 20 symbol alphabet.
    * 
    * @param name
    *          Unique, human readable name for the matrix
@@ -81,6 +74,20 @@ public class ScoreMatrix extends PairwiseSeqScoreModel implements
    */
   public ScoreMatrix(String name, char[] alphabet, float[][] matrix)
   {
+    if (alphabet.length != matrix.length)
+    {
+      throw new IllegalArgumentException(
+              "score matrix size must match alphabet size");
+    }
+    for (float[] row : matrix)
+    {
+      if (row.length != alphabet.length)
+      {
+        throw new IllegalArgumentException(
+                "score matrix size must be square");
+      }
+    }
+
     this.matrix = matrix;
     this.name = name;
     this.symbols = alphabet;
@@ -153,25 +160,53 @@ public class ScoreMatrix extends PairwiseSeqScoreModel implements
     return peptide;
   }
 
-  @Override
+  /**
+   * Returns the score matrix as used in getPairwiseScore. If using this matrix
+   * directly, callers <em>must</em> also call <code>getMatrixIndex</code> in
+   * order to get the matrix index for each character (symbol).
+   * 
+   * @return
+   * @see #getMatrixIndex(char)
+   */
   public float[][] getMatrix()
   {
     return matrix;
   }
 
   /**
+   * Answers the matrix index for a given character, or -1 if unmapped in the
+   * matrix. Use this method only if using <code>getMatrix</code> in order to
+   * compute scores directly (without symbol lookup) for efficiency.
+   * 
+   * @param c
+   * @return
+   * @see #getMatrix()
+   */
+  public int getMatrixIndex(char c)
+  {
+    if (c < symbolIndex.length)
+    {
+      return symbolIndex[c];
+    }
+    else
+    {
+      return UNMAPPED;
+    }
+  }
+
+  /**
    * Returns the pairwise score for substituting c with d, or zero if c or d is
    * an unscored or unexpected character
    */
   @Override
   public float getPairwiseScore(char c, char d)
   {
-    if (c > MAX_ASCII)
+    if (c >= symbolIndex.length)
     {
       System.err.println(String.format(BAD_ASCII_ERROR, c));
       return 0;
     }
-    if (d > MAX_ASCII)
+    if (d >= symbolIndex.length)
     {
       System.err.println(String.format(BAD_ASCII_ERROR, d));
       return 0;
@@ -251,138 +286,56 @@ public class ScoreMatrix extends PairwiseSeqScoreModel implements
   }
 
   /**
-   * Parse a score matrix from the given input stream and returns a ScoreMatrix
-   * object. If parsing fails, error messages are written to syserr and null is
-   * returned. It is the caller's responsibility to close the input stream.
+   * Answers the number of symbols coded for (also equal to the number of rows
+   * and columns of the score matrix)
    * 
-   * @param is
    * @return
    */
-  public static ScoreMatrix parse(InputStream is)
+  public int getSize()
   {
-    ScoreMatrix sm = null;
-    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
-    int lineNo = 0;
-    String name = null;
-    String alphabet = null;
-    float[][] scores = null;
-    int size = 0;
-    int row = 0;
+    return symbols.length;
+  }
 
-    try
+  /**
+   * Computes an NxN matrix where N is the number of sequences, and entry [i, j]
+   * is sequence[i] pairwise multiplied with sequence[j], as a sum of scores
+   * computed using the current score matrix. For example
+   * <ul>
+   * <li>Sequences:</li>
+   * <li>FKL</li>
+   * <li>R-D</li>
+   * <li>QIA</li>
+   * <li>GWC</li>
+   * <li>Score matrix is BLOSUM62</li>
+   * <li>Gaps treated same as X (unknown)</li>
+   * <li>product [0, 0] = F.F + K.K + L.L = 6 + 5 + 4 = 15</li>
+   * <li>product [1, 1] = R.R + -.- + D.D = 5 + -1 + 6 = 10</li>
+   * <li>product [2, 2] = Q.Q + I.I + A.A = 5 + 4 + 4 = 13</li>
+   * <li>product [3, 3] = G.G + W.W + C.C = 6 + 11 + 9 = 26</li>
+   * <li>product[0, 1] = F.R + K.- + L.D = -3 + -1 + -3 = -8
+   * <li>and so on</li>
+   * </ul>
+   */
+  public MatrixI computePairwiseScores(String[] seqs)
+  {
+    double[][] values = new double[seqs.length][];
+    for (int row = 0; row < seqs.length; row++)
     {
-      String data;
-
-      while ((data = br.readLine()) != null)
+      values[row] = new double[seqs.length];
+      for (int col = 0; col < seqs.length; col++)
       {
-        lineNo++;
-        data = data.trim();
-        if (data.startsWith(COMMENT_CHAR))
+        int total = 0;
+        int width = Math.min(seqs[row].length(), seqs[col].length());
+        for (int i = 0; i < width; i++)
         {
-          continue;
-        }
-        if (data.toLowerCase().startsWith("scorematrix"))
-        {
-          /*
-           * Parse name from ScoreMatrix <name>
-           */
-          if (name != null)
-          {
-            System.err
-                    .println("Warning: 'ScoreMatrix' repeated in file at line "
-                            + lineNo);
-          }
-          StringTokenizer nameLine = new StringTokenizer(data, DELIMITERS);
-          if (nameLine.countTokens() != 2)
-          {
-            System.err
-                    .println("Format error: expected 'ScoreMatrix <name>', found '"
-                            + data + "' at line " + lineNo);
-            return null;
-          }
-          nameLine.nextToken();
-          name = nameLine.nextToken();
-          continue;
-        }
-        else if (name == null)
-        {
-          System.err
-                  .println("Format error: 'ScoreMatrix <name>' should be the first non-comment line");
-          return null;
-        }
-
-        /*
-         * next line after ScoreMatrix should be the alphabet of scored symbols
-         */
-        if (alphabet == null)
-        {
-          alphabet = data;
-          size = alphabet.length();
-          scores = new float[size][];
-          continue;
-        }
-
-        /*
-         * too much information?
-         */
-        if (row >= size && data.length() > 0) {
-          System.err
-                  .println("Unexpected extra input line in score model file "
-                          + data);
-          return null;
+          char c1 = seqs[row].charAt(i);
+          char c2 = seqs[col].charAt(i);
+          float score = getPairwiseScore(c1, c2);
+          total += score;
         }
-        
-        /*
-         * subsequent lines should be the symbol scores
-         */
-        StringTokenizer scoreLine = new StringTokenizer(data, DELIMITERS);
-        if (scoreLine.countTokens() != size)
-        {
-          System.err.println(String.format(
-                  "Expected %d tokens at line %d but found %d", size,
-                  lineNo, scoreLine.countTokens()));
-          return null;
-        }
-        scores[row] = new float[size];
-        int col = 0;
-        String value = null;
-        while (scoreLine.hasMoreTokens()) {
-          try {
-            value = scoreLine.nextToken();
-            scores[row][col] = Float.valueOf(value);
-            col++;
-          } catch (NumberFormatException e)
-          {
-            System.err.println(String.format(
-                    "Invalid score value %s at line %d column %d", value,
-                    lineNo, col));
-            return null;
-          }
-        }
-        row++;
+        values[row][col] = total;
       }
-    } catch (IOException e)
-    {
-      System.err.println("Error reading score matrix file: "
-              + e.getMessage() + " at line " + lineNo);
-    }
-
-    /*
-     * out of data - check we found enough
-     */
-    if (row < size)
-    {
-      System.err
-              .println(String
-                      .format("Expected %d rows of score data in score matrix but only found %d",
-                              size, row));
-      return null;
     }
-
-    /*
-     * If we get here, then name, alphabet and scores have been parsed successfully
-     */
-    sm = new ScoreMatrix(name, alphabet.toCharArray(), scores);
-    return sm;
+    return new Matrix(values);
   }
 }