Mac binaries
[jabaws.git] / website / archive / binaries / mac / src / fasta34 / print_pssm.c
diff --git a/website/archive/binaries/mac/src/fasta34/print_pssm.c b/website/archive/binaries/mac/src/fasta34/print_pssm.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..4d8df07
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,459 @@
+/* print_pssm.c - 21-Jan-2005 
+
+   copyright (c) 2005 - William R. Pearson and the University of Virginia
+
+   read a binary PSSM checkpoint file from blastpgp, and produce an ascii
+   formatted file
+*/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <sys/types.h>
+#include <math.h>
+#include <string.h>
+
+#include "defs.h"
+#include "mm_file.h"
+#include "param.h"
+
+#include "uascii.h"
+#include "upam.h"
+
+void initenv(int, char **, struct pstruct *, char *);
+void read_pssm();
+void alloc_pam();
+int **alloc_pam2p();
+void initpam2();
+void fill_pam();
+double get_lambda();
+
+extern int optind;
+extern char *optarg;
+
+main(int argc, char **argv) {
+
+  char *aa0;
+  char libstr[MAX_FN];
+  char qname[MAX_FN];
+  int sq0off;
+  int i, n0;
+  FILE *fp;
+  struct pstruct pst, *ppst;
+
+  /* stuff from initfa.c/h_init() */
+
+  memcpy(qascii,aascii,sizeof(qascii));
+
+  /* initialize a pam matrix */
+  ppst = &pst;
+  strncpy(ppst->pamfile,"BL50",MAX_FN);
+  standard_pam(ppst->pamfile,ppst,0,0);
+
+  /* this is always protein by default */
+  ppst->nsq = naa;
+  ppst->nsqx = naax;
+  for (i=0; i<=ppst->nsqx; i++) {
+    ppst->sq[i] = aa[i];
+    ppst->hsq[i] = haa[i];
+    ppst->sqx[i]=aax[i];       /* sq = aa */
+    ppst->hsqx[i]=haax[i];     /* hsq = haa */
+  }
+  ppst->sq[ppst->nsqx+1] = ppst->sqx[ppst->nsqx+1] = '\0';
+
+  if ((aa0 = calloc(MAXTST,sizeof(char)))==NULL) {
+    fprintf(stderr,"Cannot allocate aa0\n");
+    exit(1);
+  }
+
+  initenv(argc, argv, &pst, qname);
+  alloc_pam(pst.nsq+1,pst.nsq+1, &pst);
+  initpam2(&pst);
+
+  n0 = getseq (qname, qascii, aa0, MAXTST, libstr,&sq0off);
+
+  if (!pst.pam_pssm) {
+    fprintf(stderr," ** ERROR ** No -P PSSM provided\n");
+  }
+  else {
+    ppst->pam2p[0] = alloc_pam2p(n0,pst.nsq);
+    ppst->pam2p[1] = alloc_pam2p(n0,pst.nsq);
+    if ((fp = fopen(pst.pgpfile,"rb"))!=NULL) {
+      read_pssm(aa0, n0, pst.nsq, pst.pamscale,fp,ppst);
+    }
+  }
+}
+
+void
+initenv(int argc, char **argv, struct pstruct *ppst, char *qname) {
+  char copt;
+
+  pascii = aascii;
+
+  while ((copt = getopt(argc, argv, "P:s:"))!=EOF) {
+    switch (copt) {
+      case 'P':
+       strncpy(ppst->pgpfile,optarg,MAX_FN);
+       ppst->pgpfile[MAX_FN-1]='\0';
+       ppst->pam_pssm = 1;
+       break;
+
+      case 's':
+       strncpy (ppst->pamfile, optarg, 120);
+       ppst->pamfile[120-1]='\0';
+       if (!standard_pam(ppst->pamfile,ppst,0, 0)) {
+         initpam (ppst->pamfile, ppst);
+       }
+       ppst->pam_set=1;
+       break;
+    }
+  }
+  optind--;
+
+  if (argc - optind > 1) strncpy(qname, argv[optind+1], MAX_FN);
+}
+
+
+/*
+   *aa0 - query sequence
+   n0   - length
+   pamscale - scaling for pam matrix - provided by apam.c, either
+              0.346574 = ln(2)/2 (P120, BL62) or
+             0.231049 = ln(2)/3 (P250, BL50) 
+*/
+
+#define N_EFFECT 20
+
+void
+read_pssm(unsigned char *aa0, int n0, int nsq, double pamscale, FILE *fp, struct pstruct *ppst) {
+  int i, j, len;
+  int qi, rj;
+  int **pam2p;
+  int first, too_high;
+  char *query;
+  double freq, **freq2d, lambda, new_lambda;
+  double scale, scale_high, scale_low;
+
+  pam2p = ppst->pam2p[0];
+
+  if(1 != fread(&len, sizeof(int), 1, fp)) {
+    fprintf(stderr, "error reading from checkpoint file: %d\n", len);
+    exit(1);
+  }
+
+  if(len != n0) {
+    fprintf(stderr, "profile length (%d) and query length (%d) don't match!\n",
+           len,n0);
+    exit(1);
+  }
+
+  /* read over query sequence stored in BLAST profile */
+  if(NULL == (query = (char *) calloc(len, sizeof(char)))) {
+    fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory for query!\n");
+    exit(1);
+  }
+
+  if(len != fread(query, sizeof(char), len, fp)) {
+    fprintf(stderr, "Couldn't read query sequence from profile: %s\n", query);
+    exit(1);
+  }
+
+  printf("%d\n%s\n",len,query);
+
+  /* currently we don't do anything with query; ideally, we should
+     check to see that it actually matches aa0 ... */
+
+  /* quick 2d array alloc: */
+  if((freq2d = (double **) calloc(n0, sizeof(double *))) == NULL) {
+    fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory for frequencies!\n");
+    exit(1);
+  }
+
+  if((freq2d[0] = (double *) calloc(n0 * N_EFFECT, sizeof(double))) == NULL) {
+    fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory for frequencies!\n");
+    exit(1);
+  }
+
+  /* a little pointer arithmetic to fill out 2d array: */
+  for (qi = 1 ; qi < n0 ; qi++) {
+    freq2d[qi] = freq2d[0] + (N_EFFECT * qi);
+  }
+
+  for (qi = 0 ; qi < n0 ; qi++) {
+    printf("%c",query[qi]);
+    for (rj = 0 ; rj < N_EFFECT ; rj++) {
+      if(1 != fread(&freq, sizeof(double), 1, fp)) {
+       fprintf(stderr, "Error while reading frequencies!\n");
+       exit(1);
+      }
+      printf(" %8.7g",freq*10.0);
+
+      if (freq > 1e-12) {
+       freq = log(freq /((double) (rrcounts[rj+1])/(double) rrtotal));
+       freq /= pamscale; /* this gets us close to originial pam scores */
+       freq2d[qi][rj] = freq;
+      }
+      else {freq2d[qi][rj] = freq;}
+    }
+    printf("\n");
+  }
+
+
+  /* now figure out the right scale */
+  scale = 1.0;
+  lambda = get_lambda(ppst->pam2[0], 20, 20, "\0ARNDCQEGHILKMFPSTWYV");
+
+  /* should be near 1.0 because of our initial scaling by ppst->pamscale */
+  fprintf(stderr, "real_lambda: %g\n", lambda);
+
+  /* get initial high/low scale values: */
+  first = 1;
+  while (1) {
+    fill_pam(pam2p, n0, 20, freq2d, scale);
+    new_lambda = get_lambda(pam2p, n0, 20, query); 
+
+    if (new_lambda > lambda) {
+      if (first) {
+       first = 0;
+       scale = scale_high = 1.0 + 0.05;
+       scale_low = 1.0;
+       too_high = 1;
+      } else {
+       if (!too_high) break;
+       scale = (scale_high += scale_high - 1.0);
+      }
+    } else if (new_lambda > 0) {
+      if (first) {
+       first = 0;
+       scale_high = 1.0;
+       scale = scale_low = 1.0 - 0.05;
+       too_high = 0;
+      } else {
+       if (too_high) break;
+       scale = (scale_low += scale_low - 1.0);
+      }
+    } else {
+      fprintf(stderr, "new_lambda (%g) <= 0; matrix has positive average score", new_lambda);
+      exit(1);
+    }
+  }
+
+  /* now do binary search between low and high */
+  for (i = 0 ; i < 10 ; i++) {
+    scale = 0.5 * (scale_high + scale_low);
+    fill_pam(pam2p, n0, 20, freq2d, scale);
+    new_lambda = get_lambda(pam2p, n0, 20, query);
+    
+    if (new_lambda > lambda) scale_low = scale;
+    else scale_high = scale;
+  }
+
+  scale = 0.5 * (scale_high + scale_low);
+  fill_pam(pam2p, n0, 20, freq2d, scale);
+
+  fprintf(stderr, "final scale: %g\n", scale);
+
+  for (qi = 0 ; qi < n0 ; qi++) {
+    fprintf(stderr, "%4d %c:  ", qi+1, query[qi]);
+    for (rj = 1 ; rj <= 20 ; rj++) {
+      fprintf(stderr, "%4d", pam2p[qi][rj]);
+    }
+    fprintf(stderr, "\n");
+  }
+
+  free(freq2d[0]);
+  free(freq2d);
+
+  free(query);
+}
+
+/*
+ * alloc_pam(): allocates memory for the 2D pam matrix as well
+ * as for the integer array used to transmit the pam matrix
+ */
+void
+alloc_pam (int d1, int d2, struct pstruct *ppst)
+{
+  int     i, *d2p;
+
+  if ((ppst->pam2[0] = (int **) malloc (d1 * sizeof (int *))) == NULL) {
+     fprintf(stderr,"Cannot allocate 2D pam matrix: %d",d1);
+     exit(1);
+  }
+
+  if ((ppst->pam2[1] = (int **) malloc (d1 * sizeof (int *))) == NULL) {
+     fprintf(stderr,"Cannot allocate 2D pam matrix: %d",d1);
+     exit(1);
+  }
+
+  if ((d2p = pam12 = (int *) malloc (d1 * d2 * sizeof (int))) == NULL) {
+     fprintf(stderr,"Cannot allocate 2D pam matrix: %d",d1);
+     exit(1);
+   }
+
+   for (i = 0; i < d1; i++, d2p += d2)
+      ppst->pam2[0][i] = d2p;
+
+   if ((d2p=pam12x= (int *) malloc (d1 * d2 * sizeof (int))) == NULL) {
+     fprintf(stderr,"Cannot allocate 2d pam matrix: %d",d2);
+     exit(1);
+   }
+
+   for (i = 0;  i < d1; i++, d2p += d2)
+      ppst->pam2[1][i] = d2p;
+}
+
+void
+fill_pam(int **pam2p, int n0, int nsq, double **freq2d, double scale) {
+  int i, j;
+  double freq;
+
+  /* fprintf(stderr, "scale: %g\n", scale); */
+  
+  /* now fill in the pam matrix: */
+  for (i = 0 ; i < n0 ; i++) {
+    for (j = 1 ; j <=nsq ; j++) {
+      freq = scale * freq2d[i][j-1];
+      if ( freq < 0.0) freq -= 0.5;
+      else freq += 0.5;
+      pam2p[i][j] = (int)(freq);
+    }
+  }
+}
+
+/*
+ *  initpam2(struct pstruct pst): Converts 1-D pam matrix to 2-D
+ */
+void initpam2 (struct pstruct *ppst)
+{
+   int i, j, k, nsq, pam_xx, pam_xm;
+   int sa_x, sa_t, tmp;
+
+   nsq = ppst->nsq;
+   sa_x = pascii['X'];
+   sa_t = pascii['*'];
+
+   ppst->pam2[0][0][0] = -BIGNUM;
+   ppst->pam_h = -1; ppst->pam_l = 1;
+
+   k = 0;
+   for (i = 1; i <= nsq; i++) {
+     ppst->pam2[0][0][i] = ppst->pam2[0][i][0] = -BIGNUM;
+     for (j = 1; j <= i; j++) {
+       ppst->pam2[0][j][i] = ppst->pam2[0][i][j] = pam[k++] - ppst->pamoff;
+       if (ppst->pam_l > ppst->pam2[0][i][j]) ppst->pam_l =ppst->pam2[0][i][j];
+       if (ppst->pam_h < ppst->pam2[0][i][j]) ppst->pam_h =ppst->pam2[0][i][j];
+     }
+   }
+
+   ppst->nt_align = (ppst->dnaseq== SEQT_DNA || ppst->dnaseq == SEQT_RNA);
+
+   if (ppst->dnaseq == SEQT_RNA) {
+     tmp = ppst->pam2[0][nascii['G']][nascii['G']] - 1;
+     ppst->pam2[0][nascii['A']][nascii['G']] = 
+       ppst->pam2[0][nascii['C']][nascii['T']] = 
+       ppst->pam2[0][nascii['C']][nascii['U']] = tmp;
+   }
+
+   if (ppst->pam_x_set) {
+     for (i=1; i<=nsq; i++) {
+       ppst->pam2[0][sa_x][i] = ppst->pam2[0][i][sa_x]=ppst->pam_xm;
+       ppst->pam2[0][sa_t][i] = ppst->pam2[0][i][sa_t]=ppst->pam_xm;
+     }
+     ppst->pam2[0][sa_x][sa_x]=ppst->pam_xx;
+     ppst->pam2[0][sa_t][sa_t]=ppst->pam_xm;
+   }
+   else {
+     ppst->pam_xx = ppst->pam2[0][sa_x][sa_x];
+     ppst->pam_xm = ppst->pam2[0][1][sa_x];
+   }
+}
+
+double
+get_lambda(int **pam2p, int n0, int nsq, char *aa0) {
+  double lambda, H;
+  double *pr, tot, sum;
+  int i, ioff, j, min, max;
+
+  /* get min and max scores */
+  min = BIGNUM;
+  max = -BIGNUM;
+  if(pam2p[0][1] == -BIGNUM) {
+    ioff = 1;
+    n0++;
+  } else {
+    ioff = 0;
+  }
+
+  for (i = ioff ; i < n0 ; i++) {
+    for (j = 1; j <= nsq ; j++) {
+      if (min > pam2p[i][j])
+       min = pam2p[i][j];
+      if (max < pam2p[i][j])
+       max = pam2p[i][j];
+    }
+  }
+
+  /*  fprintf(stderr, "min: %d\tmax:%d\n", min, max); */
+  
+  if ((pr = (double *) calloc(max - min + 1, sizeof(double))) == NULL) {
+    fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory for score probabilities: %d\n", max - min + 1);
+    exit(1);
+  }
+
+  tot = (double) rrtotal * (double) rrtotal * (double) n0;
+  for (i = ioff ; i < n0 ; i++) {
+    for (j = 1; j <= nsq ; j++) {
+      pr[pam2p[i][j] - min] +=
+       (double) ((double) rrcounts[aascii[aa0[i]]] * (double) rrcounts[j]) / tot;
+    }
+  }
+
+  sum = 0.0;
+  for(i = 0 ; i <= max-min ; i++) { 
+    sum += pr[i];
+    /*    fprintf(stderr, "%3d: %g %g\n", i+min, pr[i], sum); */
+  }
+  /*  fprintf(stderr, "sum: %g\n", sum); */
+
+  for(i = 0 ; i <= max-min ; i++) { pr[i] /= sum; }
+
+  if (!karlin(min, max, pr, &lambda, &H)) {
+    fprintf(stderr, "Karlin lambda estimation failed\n");
+  }
+
+  /*   fprintf(stderr, "lambda: %g\n", lambda); */
+  free(pr);
+
+  return lambda;
+}
+
+int **
+alloc_pam2p(int len, int nsq) {
+  int i;
+  int **pam2p;
+
+  if ((pam2p = (int **)calloc(len,sizeof(int *)))==NULL) {
+    fprintf(stderr," Cannot allocate pam2p: %d\n",len);
+    return NULL;
+  }
+
+  if((pam2p[0] = (int *)calloc((nsq+1)*len,sizeof(int)))==NULL) {
+    fprintf(stderr, "Cannot allocate pam2p[0]: %d\n", (nsq+1)*len);
+    free(pam2p);
+    return NULL;
+  }
+
+  for (i=1; i<len; i++) {
+    pam2p[i] = pam2p[0] + (i*(nsq+1));
+  }
+
+  return pam2p;
+}
+
+void free_pam2p(int **pam2p) {
+  if (pam2p) {
+    free(pam2p[0]);
+    free(pam2p);
+  }
+}
+