Mac binaries
[jabaws.git] / website / archive / binaries / mac / src / clustalo / src / squid / alignio.c
diff --git a/website/archive/binaries/mac/src/clustalo/src/squid/alignio.c b/website/archive/binaries/mac/src/clustalo/src/squid/alignio.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0831556
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,639 @@
+/*****************************************************************
+ * SQUID - a library of functions for biological sequence analysis
+ * Copyright (C) 1992-2002 Washington University School of Medicine
+ * 
+ *     This source code is freely distributed under the terms of the
+ *     GNU General Public License. See the files COPYRIGHT and LICENSE
+ *     for details.
+ *****************************************************************/
+
+/* alignio.c
+ * SRE, Mon Jul 12 11:57:37 1993
+ * RCS $Id: alignio.c 217 2011-03-19 10:27:10Z andreas $ (Original squid RCS Id: alignio.c,v 1.11 2002/10/09 14:26:09 eddy Exp)
+ * 
+ * Input/output of sequence alignments.
+ */
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+#include <ctype.h>
+#include "squid.h"
+#include "sre_random.h"
+
+/* Function: AllocAlignment()
+ * 
+ * Purpose:  Allocate space for an alignment, given the number
+ *           of sequences and the alignment length in columns.
+ *           
+ * Args:     nseq     - number of sequences
+ *           alen     - width of alignment
+ *           ret_aseq - RETURN: alignment itself
+ *           ainfo    - RETURN: other info associated with alignment
+ *           
+ * Return:   (void)
+ *           aseq, ainfo free'd by caller: FreeAlignment(aseq, &ainfo).
+ *           note that ainfo itself is alloc'ed in caller, usually
+ *           just by a "AINFO ainfo" definition.
+ */
+void
+AllocAlignment(int nseq, int alen, char ***ret_aseq, AINFO *ainfo)
+{
+  char **aseq;
+  int idx;
+
+  InitAinfo(ainfo);
+
+  aseq = (char **) MallocOrDie (sizeof(char *) * nseq);
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    aseq[idx] = (char *) MallocOrDie (sizeof(char) * (alen+1));
+
+  ainfo->alen  = alen;
+  ainfo->nseq  = nseq;
+
+  ainfo->wgt   = (float *) MallocOrDie (sizeof(float) * nseq);
+  FSet(ainfo->wgt, nseq, 1.0);
+
+  ainfo->sqinfo = (SQINFO *) MallocOrDie (sizeof(SQINFO) * nseq);
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    ainfo->sqinfo[idx].flags = 0;
+
+  *ret_aseq = aseq;
+}
+
+/* Function: InitAinfo()
+ * Date:     SRE, Tue Jan 19 10:16:02 1999 [St. Louis]
+ *
+ * Purpose:  Initialize the fields in ainfo structure to
+ *           default (null) values. Does nothing with 
+ *           fields that are dependent on nseq or alen.
+ *
+ * Args:     ainfo  - optional info structure for an alignment
+ *
+ * Returns:  (void). ainfo is modified.
+ */
+void
+InitAinfo(AINFO *ainfo)
+{
+  ainfo->name  = NULL;
+  ainfo->desc  = NULL;
+  ainfo->cs    = NULL;
+  ainfo->rf    = NULL;
+  ainfo->acc   = NULL;
+  ainfo->au    = NULL;
+  ainfo->flags = 0;
+
+  ainfo->tc1  = ainfo->tc2 = 0.0;
+  ainfo->nc1  = ainfo->nc2 = 0.0;
+  ainfo->ga1  = ainfo->ga2 = 0.0;
+}
+
+
+/* Function: FreeAlignment()
+ * 
+ * Purpose:  Free the space allocated to alignment, names, and optional
+ *           information. 
+ *           
+ * Args:     aseqs - sequence alignment
+ *           ainfo - associated alignment data.
+ */                  
+void
+FreeAlignment(char **aseqs, AINFO *ainfo)
+{
+  int i;
+
+  for (i = 0; i < ainfo->nseq; i++)
+    {
+      if (ainfo->sqinfo[i].flags & SQINFO_SS) free(ainfo->sqinfo[i].ss);
+      if (ainfo->sqinfo[i].flags & SQINFO_SA) free(ainfo->sqinfo[i].sa);
+    }
+  if (ainfo->cs   != NULL) free(ainfo->cs);
+  if (ainfo->rf   != NULL) free(ainfo->rf);
+  if (ainfo->name != NULL) free(ainfo->name);
+  if (ainfo->desc != NULL) free(ainfo->desc);
+  if (ainfo->acc  != NULL) free(ainfo->acc);
+  if (ainfo->au   != NULL) free(ainfo->au);
+
+  free(ainfo->sqinfo);
+  free(ainfo->wgt);
+  Free2DArray((void **) aseqs, ainfo->nseq);
+}
+
+
+
+/* Function: SAMizeAlignment()
+ * Date:     SRE, Tue Jun 30 09:49:40 1998 [St. Louis]
+ *
+ * Purpose:  Make a "best effort" attempt to convert an alignment
+ *           to SAM gap format: - in delete col, . in insert col.
+ *           Only works if alignment adheres to SAM's upper/lower
+ *           case convention, which is true for instance of old
+ *           HMMER alignments.
+ *
+ * Args:     aseq  - alignment to convert
+ *           nseq  - number of seqs in alignment
+ *           alen  - length of alignment
+ *
+ * Returns:  (void)
+ */
+void
+SAMizeAlignment(char **aseq, int nseq, int alen)
+{
+  int col;                     /* counter for aligned columns */
+  int i;                       /* counter for seqs */
+  int sawlower, sawupper, sawgap;
+  char gapchar;
+
+  for (col = 0; col < alen; col++)
+    {
+      sawlower = sawupper = sawgap = 0;
+                               /* pass 1: do we see only upper or lower? */
+      for (i = 0; i < nseq; i++)
+       {
+         if (isgap(aseq[i][col]))         { sawgap   = 1; continue; }
+         if (isupper((int) aseq[i][col])) { sawupper = 1; continue; }
+         if (islower((int) aseq[i][col]))   sawlower = 1;
+       }
+                               /* select gap character for column */
+      gapchar = '-';           /* default */
+      if (sawlower && ! sawupper) gapchar = '.';
+
+                               /* pass 2: set gap char */
+      for (i = 0; i < nseq; i++)
+       if (isgap(aseq[i][col])) aseq[i][col] = gapchar;
+    }
+}
+
+
+/* Function: SAMizeAlignmentByGapFrac()
+ * Date:     SRE, Tue Jun 30 10:58:38 1998 [St. Louis]
+ *
+ * Purpose:  Convert an alignment to SAM's gap and case
+ *           conventions, using gap fraction in a column
+ *           to choose match versus insert columns. In match columns,
+ *           residues are upper case and gaps are '-'.
+ *           In insert columns, residues are lower case and
+ *           gaps are '.'
+ *
+ * Args:     aseq   - aligned sequences
+ *           nseq   - number of sequences
+ *           alen   - length of alignment
+ *           maxgap - if more gaps than this fraction, column is insert.
+ *
+ * Returns:  (void) Characters in aseq may be altered.
+ */
+void
+SAMizeAlignmentByGapFrac(char **aseq, int nseq, int alen, float maxgap)
+{
+  int apos;                    /* counter over columns */
+  int idx;                     /* counter over sequences */
+  int ngap;                    /* number of gaps seen */
+
+  for (apos = 0; apos < alen; apos++)
+    {
+                               /* count gaps */
+      ngap = 0;
+      for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+       if (isgap(aseq[idx][apos])) ngap++;
+      
+                               /* convert to SAM conventions */
+      if ((float) ngap / (float) nseq > maxgap)
+       {                       /* insert column */
+         for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+           if (isgap(aseq[idx][apos])) aseq[idx][apos] = '.';
+           else aseq[idx][apos] = (char) tolower((int) aseq[idx][apos]);
+       }
+      else                     
+       {                       /* match column */
+         for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+           if (isgap(aseq[idx][apos])) aseq[idx][apos] = '-';
+           else aseq[idx][apos] = (char) toupper((int) aseq[idx][apos]);
+       }
+    }
+}
+
+
+
+
+/* Function: MakeAlignedString()
+ * 
+ * Purpose:  Given a raw string of some type (secondary structure, say),
+ *           align it to a given aseq by putting gaps wherever the
+ *           aseq has gaps. 
+ *           
+ * Args:     aseq:  template for alignment
+ *           alen:  length of aseq
+ *           ss:    raw string to align to aseq
+ *           ret_s: RETURN: aligned ss
+ *           
+ * Return:   1 on success, 0 on failure (and squid_errno is set.)
+ *           ret_ss is malloc'ed here and must be free'd by caller.
+ */
+int
+MakeAlignedString(char *aseq, int alen, char *ss, char **ret_s)
+{
+  char *new; 
+  int   apos, rpos;
+
+  new = (char *) MallocOrDie ((alen+1) * sizeof(char));
+  for (apos = rpos = 0; apos < alen; apos++)
+    if (! isgap(aseq[apos]))
+      {
+       new[apos] = ss[rpos];
+       rpos++;
+      }
+    else
+      new[apos] = '.';
+  new[apos] = '\0';
+
+  if (rpos != strlen(ss))
+    { squid_errno = SQERR_PARAMETER; free(new); return 0; }
+  *ret_s = new;
+  return 1;
+}
+
+
+/* Function: MakeDealignedString()
+ * 
+ * Purpose:  Given an aligned string of some type (either sequence or 
+ *           secondary structure, for instance), dealign it relative
+ *           to a given aseq. Return a ptr to the new string.
+ *           
+ * Args:     aseq  : template alignment 
+ *           alen  : length of aseq
+ *           ss:   : string to make dealigned copy of; same length as aseq
+ *           ret_s : RETURN: dealigned copy of ss
+ *           
+ * Return:   1 on success, 0 on failure (and squid_errno is set)
+ *           ret_s is alloc'ed here and must be freed by caller
+ */
+int
+MakeDealignedString(char *aseq, int alen, char *ss, char **ret_s)
+{
+  char *new; 
+  int   apos, rpos;
+
+  new = (char *) MallocOrDie ((alen+1) * sizeof(char));
+  for (apos = rpos = 0; apos < alen; apos++)
+    if (! isgap(aseq[apos]))
+      {
+       new[rpos] = ss[apos];
+       rpos++;
+      }
+  new[rpos] = '\0';
+  if (alen != strlen(ss))
+    { squid_errno = SQERR_PARAMETER; free(new); return 0; }
+  *ret_s = new;
+  return 1;
+}
+
+
+/* Function: DealignedLength()
+ *
+ * Purpose:  Count the number of non-gap symbols in seq.
+ *           (i.e. find the length of the unaligned sequence)
+ * 
+ * Args:     aseq - aligned sequence to count symbols in, \0 terminated
+ * 
+ * Return:   raw length of seq.
+ */
+int
+DealignedLength(char *aseq)
+{
+  int rlen; 
+  for (rlen = 0; *aseq; aseq++)
+    if (! isgap(*aseq)) rlen++;
+  return rlen;
+}
+
+
+/* Function: WritePairwiseAlignment()
+ * 
+ * Purpose:  Write a nice formatted pairwise alignment out,
+ *           with a BLAST-style middle line showing identities
+ *           as themselves (single letter) and conservative
+ *           changes as '+'.
+ *           
+ * Args:     ofp          - open fp to write to (stdout, perhaps)
+ *           aseq1, aseq2 - alignments to write (not necessarily 
+ *                          flushed right with gaps)
+ *           name1, name2 - names of sequences
+ *           spos1, spos2 - starting position in each (raw) sequence
+ *           pam          - PAM matrix; positive values define
+ *                          conservative changes
+ *           indent       - how many extra spaces to print on left
+ *           
+ * Return:  1 on success, 0 on failure
+ */
+int
+WritePairwiseAlignment(FILE *ofp,
+                      char *aseq1, char *name1, int spos1,
+                      char *aseq2, char *name2, int spos2,
+                      int **pam, int indent)
+{
+  char sname1[11];              /* shortened name               */
+  char sname2[11];             
+  int  still_going;            /* True if writing another block */
+  char buf1[61];               /* buffer for writing seq1; CPL+1*/
+  char bufmid[61];              /* buffer for writing consensus  */
+  char buf2[61];
+  char *s1, *s2;                /* ptrs into each sequence          */
+  int  count1, count2;         /* number of symbols we're writing  */
+  int  rpos1, rpos2;           /* position in raw seqs             */
+  int  rawcount1, rawcount2;   /* number of nongap symbols written */
+  int  apos;
+
+  strncpy(sname1, name1, 10);
+  sname1[10] = '\0';
+  strtok(sname1, WHITESPACE);
+
+  strncpy(sname2, name2, 10);
+  sname2[10] = '\0';
+  strtok(sname2, WHITESPACE);
+
+  s1 = aseq1; 
+  s2 = aseq2;
+  rpos1 = spos1;
+  rpos2 = spos2;
+
+  still_going = TRUE;
+  while (still_going)
+    {
+      still_going = FALSE;
+      
+                               /* get next line's worth from both */
+      strncpy(buf1, s1, 60); buf1[60] = '\0';
+      strncpy(buf2, s2, 60); buf2[60] = '\0';
+      count1 = strlen(buf1);
+      count2 = strlen(buf2);
+
+                               /* is there still more to go? */
+      if ((count1 == 60 && s1[60] != '\0') ||
+         (count2 == 60 && s2[60] != '\0'))
+       still_going = TRUE;
+
+                               /* shift seq ptrs by a line */
+      s1 += count1;
+      s2 += count2;
+
+                               /* assemble the consensus line */
+      for (apos = 0; apos < count1 && apos < count2; apos++)
+       {
+         if (!isgap(buf1[apos]) && !isgap(buf2[apos]))
+           {
+             if (buf1[apos] == buf2[apos])
+               bufmid[apos] = buf1[apos];
+             else if (pam[buf1[apos] - 'A'][buf2[apos] - 'A'] > 0)
+               bufmid[apos] = '+';
+             else
+               bufmid[apos] = ' ';
+           }
+         else
+           bufmid[apos] = ' ';
+       }
+      bufmid[apos] = '\0';
+
+      rawcount1 = 0;
+      for (apos = 0; apos < count1; apos++)
+       if (!isgap(buf1[apos])) rawcount1++;
+      
+      rawcount2 = 0;
+      for (apos = 0; apos < count2; apos++)
+       if (!isgap(buf2[apos])) rawcount2++;
+
+      (void) fprintf(ofp, "%*s%-10.10s %5d %s %5d\n", indent, "", 
+                    sname1, rpos1, buf1, rpos1 + rawcount1 -1);
+      (void) fprintf(ofp, "%*s                 %s\n", indent, "",
+                    bufmid);
+      (void) fprintf(ofp, "%*s%-10.10s %5d %s %5d\n", indent, "", 
+                    sname2, rpos2, buf2, rpos2 + rawcount2 -1);
+      (void) fprintf(ofp, "\n");
+
+      rpos1 += rawcount1;
+      rpos2 += rawcount2;
+    }
+
+  return 1;
+}
+
+
+/* Function: MingapAlignment()
+ * 
+ * Purpose:  Remove all-gap columns from a multiple sequence alignment
+ *           and its associated data. The alignment is assumed to be
+ *           flushed (all aseqs the same length).
+ */
+int
+MingapAlignment(char **aseqs, AINFO *ainfo)
+{
+  int apos;                    /* position in original alignment */
+  int mpos;                    /* position in new alignment      */
+  int idx;
+
+  /* We overwrite aseqs, using its allocated memory.
+   */
+  for (apos = 0, mpos = 0; aseqs[0][apos] != '\0'; apos++)
+    {
+                               /* check for all-gap in column */
+      for (idx = 0; idx < ainfo->nseq; idx++)
+       if (! isgap(aseqs[idx][apos]))
+         break;
+      if (idx == ainfo->nseq) continue;
+       
+                               /* shift alignment and ainfo */
+      if (mpos != apos)
+       {
+         for (idx = 0; idx < ainfo->nseq; idx++)
+           aseqs[idx][mpos] = aseqs[idx][apos];
+         
+         if (ainfo->cs != NULL) ainfo->cs[mpos] = ainfo->cs[apos];
+         if (ainfo->rf != NULL) ainfo->rf[mpos] = ainfo->rf[apos];
+       }
+      mpos++;
+    }
+                               /* null terminate everything */
+  for (idx = 0; idx < ainfo->nseq; idx++)
+    aseqs[idx][mpos] = '\0';
+  ainfo->alen = mpos;  /* set new length */
+  if (ainfo->cs != NULL) ainfo->cs[mpos] = '\0';
+  if (ainfo->rf != NULL) ainfo->rf[mpos] = '\0';
+  return 1;
+}
+
+
+
+/* Function: RandomAlignment()
+ * 
+ * Purpose:  Create a random alignment from raw sequences.
+ * 
+ *           Ideally, we would like to sample an alignment from the
+ *           space of possible alignments according to its probability,
+ *           given a prior probability distribution for alignments.
+ *           I don't see how to describe such a distribution, let alone
+ *           sample it.
+ *           
+ *           This is a rough approximation that tries to capture some
+ *           desired properties. We assume the alignment is generated
+ *           by a simple HMM composed of match and insert states.
+ *           Given parameters (pop, pex) for the probability of opening
+ *           and extending an insertion, we can find the expected number
+ *           of match states, M, in the underlying model for each sequence.
+ *           We use an average M taken over all the sequences (this is
+ *           an approximation. The expectation of M given all the sequence
+ *           lengths is a nasty-looking summation.)
+ *           
+ *           M = len / ( 1 + pop ( 1 + 1/ (1-pex) ) ) 
+ *           
+ *           Then, we assign positions in each raw sequence onto the M match
+ *           states and M+1 insert states of this "HMM", by rolling random
+ *           numbers and inserting the (rlen-M) inserted positions randomly
+ *           into the insert slots, taking into account the relative probability
+ *           of open vs. extend.
+ *           
+ *           The resulting alignment has two desired properties: insertions
+ *           tend to follow the HMM-like exponential distribution, and
+ *           the "sparseness" of the alignment is controllable through
+ *           pop and pex.
+ *           
+ * Args:     rseqs     - raw sequences to "align", 0..nseq-1
+ *           sqinfo    - array of 0..nseq-1 info structures for the sequences
+ *           nseq      - number of sequences   
+ *           pop       - probability to open insertion (0<pop<1)
+ *           pex       - probability to extend insertion (0<pex<1)
+ *           ret_aseqs - RETURN: alignment (flushed)
+ *           ainfo     - fill in: alignment info
+ * 
+ * Return:   1 on success, 0 on failure. Sets squid_errno to indicate cause
+ *           of failure.
+ */                      
+int
+RandomAlignment(char **rseqs, SQINFO *sqinfo, int nseq, float pop, float pex,
+               char ***ret_aseqs, AINFO *ainfo)
+{
+  char **aseqs;                 /* RETURN: alignment   */
+  int    alen;                 /* length of alignment */
+  int   *rlen;                  /* lengths of each raw sequence */
+  int    M;                    /* length of "model"   */
+  int  **ins;                   /* insertion counts, 0..nseq-1 by 0..M */
+  int   *master_ins;            /* max insertion counts, 0..M */
+  int    apos, rpos, idx;
+  int    statepos;
+  int    count;
+  int    minlen;
+
+  /* calculate expected length of model, M
+   */
+  rlen = (int *) MallocOrDie (sizeof(int) * nseq);
+  M = 0;
+  minlen = 9999999;
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    {
+      rlen[idx] = strlen(rseqs[idx]);
+      M += rlen[idx];
+      minlen = (rlen[idx] < minlen) ? rlen[idx] : minlen;
+    }
+  M = (int) ((float) M / (1.0 + pop * (1.0 + 1.0 / (1.0 - pex))));
+  M /= nseq;
+  if (M > minlen) M = minlen;
+
+  /* make arrays that count insertions in M+1 possible insert states
+   */
+  ins = (int **) MallocOrDie (sizeof(int *) * nseq);
+  master_ins = (int *) MallocOrDie (sizeof(int) * (M+1));
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    {
+      ins[idx] = (int *) MallocOrDie (sizeof(int) * (M+1));
+      for (rpos = 0; rpos <= M; rpos++)
+       ins[idx][rpos] = 0;
+    }
+                               /* normalize */
+  pop = pop / (pop+pex);
+  pex = 1.0 - pop;
+                               /* make insertions for individual sequences */
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    {
+      apos = -1;
+      for (rpos = 0; rpos < rlen[idx]-M; rpos++)
+       {
+         if (sre_random() < pop || apos == -1) /* open insertion */
+           apos = CHOOSE(M+1);        /* choose 0..M */
+         ins[idx][apos]++;
+       }
+    }
+                               /* calculate master_ins, max inserts */
+  alen = M;
+  for (apos = 0; apos <= M; apos++)
+    {
+      master_ins[apos] = 0;
+      for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+       if (ins[idx][apos] > master_ins[apos])
+         master_ins[apos] = ins[idx][apos];
+      alen += master_ins[apos];
+    }
+
+
+  /* Now, construct alignment
+   */
+  aseqs = (char **) MallocOrDie (sizeof (char *) * nseq);
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    aseqs[idx] = (char *) MallocOrDie (sizeof(char) * (alen+1));
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    {
+      apos = rpos = 0;
+
+      for (statepos = 0; statepos <= M; statepos++)
+       {
+         for (count = 0; count < ins[idx][statepos]; count++)
+           aseqs[idx][apos++] = rseqs[idx][rpos++];
+         for (; count < master_ins[statepos]; count++)
+           aseqs[idx][apos++] = ' ';
+
+         if (statepos != M)
+           aseqs[idx][apos++] = rseqs[idx][rpos++];
+       }
+      aseqs[idx][alen] = '\0';
+    }
+  ainfo->flags = 0;
+  ainfo->alen  = alen; 
+  ainfo->nseq  = nseq;
+  ainfo->sqinfo = (SQINFO *) MallocOrDie (sizeof(SQINFO) * nseq);
+  for (idx = 0; idx < nseq; idx++)
+    SeqinfoCopy(&(ainfo->sqinfo[idx]), &(sqinfo[idx]));
+
+  free(rlen);
+  free(master_ins);
+  Free2DArray((void **) ins, nseq);
+  *ret_aseqs = aseqs;
+  return 1;
+}
+
+/* Function: AlignmentHomogenousGapsym()
+ * Date:     SRE, Sun Mar 19 19:37:12 2000 [wren, St. Louis]
+ *
+ * Purpose:  Sometimes we've got to convert alignments to 
+ *           a lowest common denominator, and we need
+ *           a single specific gap character -- for example,
+ *           PSI-BLAST blastpgp -B takes a very simplistic
+ *           alignment input format which appears to only
+ *           allow '-' as a gap symbol.
+ *           
+ *           Anything matching the isgap() macro is
+ *           converted.
+ *
+ * Args:     aseq   - aligned character strings, [0..nseq-1][0..alen-1]
+ *           nseq   - number of aligned strings
+ *           alen   - length of alignment
+ *           gapsym - character to use for gaps.         
+ *
+ * Returns:  void ("never fails")
+ */
+void
+AlignmentHomogenousGapsym(char **aseq, int nseq, int alen, char gapsym)
+{
+  int i, apos;
+
+  for (i = 0; i < nseq; i++)
+    for (apos = 0; apos < alen; apos++)
+      if (isgap(aseq[i][apos])) aseq[i][apos] = gapsym;
+}