Delete unneeded directory
[jabaws.git] / website / archive / binaries / mac / src / probcons / ProbabilisticModel.h
diff --git a/website/archive/binaries/mac/src/probcons/ProbabilisticModel.h b/website/archive/binaries/mac/src/probcons/ProbabilisticModel.h
deleted file mode 100644 (file)
index 3c72b4f..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,1089 +0,0 @@
-/////////////////////////////////////////////////////////////////
-// ProbabilisticModel.h
-//
-// Routines for (1) posterior probability computations
-//              (2) chained anchoring
-//              (3) maximum weight trace alignment
-/////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-#ifndef PROBABILISTICMODEL_H
-#define PROBABILISTICMODEL_H
-
-#include <list>
-#include <cmath>
-#include <cstdio>
-#include "SafeVector.h"
-#include "ScoreType.h"
-#include "SparseMatrix.h"
-#include "MultiSequence.h"
-
-using namespace std;
-
-const int NumMatchStates = 1;                                    // note that in this version the number
-                                                                 // of match states is fixed at 1...will
-                                                                 // change in future versions
-const int NumMatrixTypes = NumMatchStates + NumInsertStates * 2;
-
-/////////////////////////////////////////////////////////////////
-// ProbabilisticModel
-//
-// Class for storing the parameters of a probabilistic model and
-// performing different computations based on those parameters.
-// In particular, this class handles the computation of
-// posterior probabilities that may be used in alignment.
-/////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-class ProbabilisticModel {
-
-  float initialDistribution[NumMatrixTypes];               // holds the initial probabilities for each state
-  float transProb[NumMatrixTypes][NumMatrixTypes];         // holds all state-to-state transition probabilities
-  float matchProb[256][256];                               // emission probabilities for match states
-  float insProb[256][NumMatrixTypes];                      // emission probabilities for insert states
-
- public:
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ProbabilisticModel()
-  //
-  // Constructor.  Builds a new probabilistic model using the
-  // given parameters.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  ProbabilisticModel (const VF &initDistribMat, const VF &gapOpen, const VF &gapExtend,
-                      const VVF &emitPairs, const VF &emitSingle){
-
-    // build transition matrix
-    VVF transMat (NumMatrixTypes, VF (NumMatrixTypes, 0.0f));
-    transMat[0][0] = 1;
-    for (int i = 0; i < NumInsertStates; i++){
-      transMat[0][2*i+1] = gapOpen[2*i];
-      transMat[0][2*i+2] = gapOpen[2*i+1];
-      transMat[0][0] -= (gapOpen[2*i] + gapOpen[2*i+1]);
-      assert (transMat[0][0] > 0);
-      transMat[2*i+1][2*i+1] = gapExtend[2*i];
-      transMat[2*i+2][2*i+2] = gapExtend[2*i+1];
-      transMat[2*i+1][2*i+2] = 0;
-      transMat[2*i+2][2*i+1] = 0;
-      transMat[2*i+1][0] = 1 - gapExtend[2*i];
-      transMat[2*i+2][0] = 1 - gapExtend[2*i+1];
-    }
-
-    // create initial and transition probability matrices
-    for (int i = 0; i < NumMatrixTypes; i++){
-      initialDistribution[i] = LOG (initDistribMat[i]);
-      for (int j = 0; j < NumMatrixTypes; j++)
-        transProb[i][j] = LOG (transMat[i][j]);
-    }
-
-    // create insertion and match probability matrices
-    for (int i = 0; i < 256; i++){
-      for (int j = 0; j < NumMatrixTypes; j++)
-        insProb[i][j] = LOG (emitSingle[i]);
-      for (int j = 0; j < 256; j++)
-        matchProb[i][j] = LOG (emitPairs[i][j]);
-    }
-  }
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeForwardMatrix()
-  //
-  // Computes a set of forward probability matrices for aligning
-  // seq1 and seq2.
-  //
-  // For efficiency reasons, a single-dimensional floating-point
-  // array is used here, with the following indexing scheme:
-  //
-  //    forward[i + NumMatrixTypes * (j * (seq2Length+1) + k)]
-  //    refers to the probability of aligning through j characters
-  //    of the first sequence, k characters of the second sequence,
-  //    and ending in state i.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  VF *ComputeForwardMatrix (Sequence *seq1, Sequence *seq2) const {
-
-    assert (seq1);
-    assert (seq2);
-
-    const int seq1Length = seq1->GetLength();
-    const int seq2Length = seq2->GetLength();
-
-    // retrieve the points to the beginning of each sequence
-    SafeVector<char>::iterator iter1 = seq1->GetDataPtr();
-    SafeVector<char>::iterator iter2 = seq2->GetDataPtr();
-
-    // create matrix
-    VF *forwardPtr = new VF (NumMatrixTypes * (seq1Length+1) * (seq2Length+1), LOG_ZERO);
-    assert (forwardPtr);
-    VF &forward = *forwardPtr;
-
-    // initialization condition
-    forward[0 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 1)] = 
-      initialDistribution[0] + matchProb[(unsigned char) iter1[1]][(unsigned char) iter2[1]];
-   
-    for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-      forward[2*k+1 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 0)] = 
-       initialDistribution[2*k+1] + insProb[(unsigned char) iter1[1]][k];
-      forward[2*k+2 + NumMatrixTypes * (0 * (seq2Length+1) + 1)] = 
-       initialDistribution[2*k+2] + insProb[(unsigned char) iter2[1]][k]; 
-    }
-    
-    // remember offset for each index combination
-    int ij = 0;
-    int i1j = -seq2Length - 1;
-    int ij1 = -1;
-    int i1j1 = -seq2Length - 2;
-
-    ij *= NumMatrixTypes;
-    i1j *= NumMatrixTypes;
-    ij1 *= NumMatrixTypes;
-    i1j1 *= NumMatrixTypes;
-
-    // compute forward scores
-    for (int i = 0; i <= seq1Length; i++){
-      unsigned char c1 = (i == 0) ? '~' : (unsigned char) iter1[i];
-      for (int j = 0; j <= seq2Length; j++){
-        unsigned char c2 = (j == 0) ? '~' : (unsigned char) iter2[j];
-
-       if (i > 1 || j > 1){
-         if (i > 0 && j > 0){
-           forward[0 + ij] = forward[0 + i1j1] + transProb[0][0];
-           for (int k = 1; k < NumMatrixTypes; k++)
-             LOG_PLUS_EQUALS (forward[0 + ij], forward[k + i1j1] + transProb[k][0]);
-           forward[0 + ij] += matchProb[c1][c2];
-         }
-         if (i > 0){
-           for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++)
-             forward[2*k+1 + ij] = insProb[c1][k] +
-               LOG_ADD (forward[0 + i1j] + transProb[0][2*k+1],
-                        forward[2*k+1 + i1j] + transProb[2*k+1][2*k+1]);
-         }
-         if (j > 0){
-           for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++)
-             forward[2*k+2 + ij] = insProb[c2][k] +
-               LOG_ADD (forward[0 + ij1] + transProb[0][2*k+2],
-                        forward[2*k+2 + ij1] + transProb[2*k+2][2*k+2]);
-         }
-       }
-
-        ij += NumMatrixTypes;
-        i1j += NumMatrixTypes;
-        ij1 += NumMatrixTypes;
-        i1j1 += NumMatrixTypes;
-      }
-    }
-
-    return forwardPtr;
-  }
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeBackwardMatrix()
-  //
-  // Computes a set of backward probability matrices for aligning
-  // seq1 and seq2.
-  //
-  // For efficiency reasons, a single-dimensional floating-point
-  // array is used here, with the following indexing scheme:
-  //
-  //    backward[i + NumMatrixTypes * (j * (seq2Length+1) + k)]
-  //    refers to the probability of starting in state i and
-  //    aligning from character j+1 to the end of the first
-  //    sequence and from character k+1 to the end of the second
-  //    sequence.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  VF *ComputeBackwardMatrix (Sequence *seq1, Sequence *seq2) const {
-
-    assert (seq1);
-    assert (seq2);
-
-    const int seq1Length = seq1->GetLength();
-    const int seq2Length = seq2->GetLength();
-    SafeVector<char>::iterator iter1 = seq1->GetDataPtr();
-    SafeVector<char>::iterator iter2 = seq2->GetDataPtr();
-
-    // create matrix
-    VF *backwardPtr = new VF (NumMatrixTypes * (seq1Length+1) * (seq2Length+1), LOG_ZERO);
-    assert (backwardPtr);
-    VF &backward = *backwardPtr;
-
-    // initialization condition
-    for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++)
-      backward[NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1) + k] = initialDistribution[k];
-
-    // remember offset for each index combination
-    int ij = (seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1;
-    int i1j = ij + seq2Length + 1;
-    int ij1 = ij + 1;
-    int i1j1 = ij + seq2Length + 2;
-
-    ij *= NumMatrixTypes;
-    i1j *= NumMatrixTypes;
-    ij1 *= NumMatrixTypes;
-    i1j1 *= NumMatrixTypes;
-
-    // compute backward scores
-    for (int i = seq1Length; i >= 0; i--){
-      unsigned char c1 = (i == seq1Length) ? '~' : (unsigned char) iter1[i+1];
-      for (int j = seq2Length; j >= 0; j--){
-        unsigned char c2 = (j == seq2Length) ? '~' : (unsigned char) iter2[j+1];
-
-        if (i < seq1Length && j < seq2Length){
-          const float ProbXY = backward[0 + i1j1] + matchProb[c1][c2];
-          for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++)
-            LOG_PLUS_EQUALS (backward[k + ij], ProbXY + transProb[k][0]);
-        }
-        if (i < seq1Length){
-          for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-            LOG_PLUS_EQUALS (backward[0 + ij], backward[2*k+1 + i1j] + insProb[c1][k] + transProb[0][2*k+1]);
-            LOG_PLUS_EQUALS (backward[2*k+1 + ij], backward[2*k+1 + i1j] + insProb[c1][k] + transProb[2*k+1][2*k+1]);
-          }
-        }
-        if (j < seq2Length){
-          for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-            LOG_PLUS_EQUALS (backward[0 + ij], backward[2*k+2 + ij1] + insProb[c2][k] + transProb[0][2*k+2]);
-            LOG_PLUS_EQUALS (backward[2*k+2 + ij], backward[2*k+2 + ij1] + insProb[c2][k] + transProb[2*k+2][2*k+2]);
-          }
-        }
-
-        ij -= NumMatrixTypes;
-        i1j -= NumMatrixTypes;
-        ij1 -= NumMatrixTypes;
-        i1j1 -= NumMatrixTypes;
-      }
-    }
-
-    return backwardPtr;
-  }
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeTotalProbability()
-  //
-  // Computes the total probability of an alignment given
-  // the forward and backward matrices.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  float ComputeTotalProbability (int seq1Length, int seq2Length,
-                                 const VF &forward, const VF &backward) const {
-
-    // compute total probability
-    float totalForwardProb = LOG_ZERO;
-    float totalBackwardProb = LOG_ZERO;
-    for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++){
-      LOG_PLUS_EQUALS (totalForwardProb,
-                       forward[k + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)] + 
-                      backward[k + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)]);
-    }
-
-    totalBackwardProb = 
-      forward[0 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 1)] +
-      backward[0 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 1)];
-
-    for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-      LOG_PLUS_EQUALS (totalBackwardProb,
-                      forward[2*k+1 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 0)] +
-                      backward[2*k+1 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 0)]);
-      LOG_PLUS_EQUALS (totalBackwardProb,
-                      forward[2*k+2 + NumMatrixTypes * (0 * (seq2Length+1) + 1)] +
-                      backward[2*k+2 + NumMatrixTypes * (0 * (seq2Length+1) + 1)]);
-    }
-
-    //    cerr << totalForwardProb << " " << totalBackwardProb << endl;
-    
-    return (totalForwardProb + totalBackwardProb) / 2;
-  }
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputePosteriorMatrix()
-  //
-  // Computes the posterior probability matrix based on
-  // the forward and backward matrices.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  VF *ComputePosteriorMatrix (Sequence *seq1, Sequence *seq2,
-                              const VF &forward, const VF &backward) const {
-
-    assert (seq1);
-    assert (seq2);
-
-    const int seq1Length = seq1->GetLength();
-    const int seq2Length = seq2->GetLength();
-
-    float totalProb = ComputeTotalProbability (seq1Length, seq2Length,
-                                               forward, backward);
-
-    // compute posterior matrices
-    VF *posteriorPtr = new VF((seq1Length+1) * (seq2Length+1)); assert (posteriorPtr);
-    VF &posterior = *posteriorPtr;
-
-    int ij = 0;
-    VF::iterator ptr = posterior.begin();
-
-    for (int i = 0; i <= seq1Length; i++){
-      for (int j = 0; j <= seq2Length; j++){
-        *(ptr++) = EXP (min (LOG_ONE, forward[ij] + backward[ij] - totalProb));
-        ij += NumMatrixTypes;
-      }
-    }
-
-    posterior[0] = 0;
-
-    return posteriorPtr;
-  }
-
-  /*
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeExpectedCounts()
-  //
-  // Computes the expected counts for the various transitions.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  VVF *ComputeExpectedCounts () const {
-
-    assert (seq1);
-    assert (seq2);
-
-    const int seq1Length = seq1->GetLength();
-    const int seq2Length = seq2->GetLength();
-    SafeVector<char>::iterator iter1 = seq1->GetDataPtr();
-    SafeVector<char>::iterator iter2 = seq2->GetDataPtr();
-
-    // compute total probability
-    float totalProb = ComputeTotalProbability (seq1Length, seq2Length,
-                                               forward, backward);
-
-    // initialize expected counts
-    VVF *countsPtr = new VVF(NumMatrixTypes + 1, VF(NumMatrixTypes, LOG_ZERO)); assert (countsPtr);
-    VVF &counts = *countsPtr;
-
-    // remember offset for each index combination
-    int ij = 0;
-    int i1j = -seq2Length - 1;
-    int ij1 = -1;
-    int i1j1 = -seq2Length - 2;
-
-    ij *= NumMatrixTypes;
-    i1j *= NumMatrixTypes;
-    ij1 *= NumMatrixTypes;
-    i1j1 *= NumMatrixTypes;
-
-    // compute expected counts
-    for (int i = 0; i <= seq1Length; i++){
-      unsigned char c1 = (i == 0) ? '~' : (unsigned char) iter1[i];
-      for (int j = 0; j <= seq2Length; j++){
-        unsigned char c2 = (j == 0) ? '~' : (unsigned char) iter2[j];
-
-        if (i > 0 && j > 0){
-          for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++)
-            LOG_PLUS_EQUALS (counts[k][0],
-                             forward[k + i1j1] + transProb[k][0] +
-                             matchProb[c1][c2] + backward[0 + ij]);
-        }
-        if (i > 0){
-          for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-            LOG_PLUS_EQUALS (counts[0][2*k+1],
-                             forward[0 + i1j] + transProb[0][2*k+1] +
-                             insProb[c1][k] + backward[2*k+1 + ij]);
-            LOG_PLUS_EQUALS (counts[2*k+1][2*k+1],
-                             forward[2*k+1 + i1j] + transProb[2*k+1][2*k+1] +
-                             insProb[c1][k] + backward[2*k+1 + ij]);
-          }
-        }
-        if (j > 0){
-          for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-            LOG_PLUS_EQUALS (counts[0][2*k+2],
-                             forward[0 + ij1] + transProb[0][2*k+2] +
-                             insProb[c2][k] + backward[2*k+2 + ij]);
-            LOG_PLUS_EQUALS (counts[2*k+2][2*k+2],
-                             forward[2*k+2 + ij1] + transProb[2*k+2][2*k+2] +
-                             insProb[c2][k] + backward[2*k+2 + ij]);
-          }
-        }
-
-        ij += NumMatrixTypes;
-        i1j += NumMatrixTypes;
-        ij1 += NumMatrixTypes;
-        i1j1 += NumMatrixTypes;
-      }
-    }
-
-    // scale all expected counts appropriately
-    for (int i = 0; i < NumMatrixTypes; i++)
-      for (int j = 0; j < NumMatrixTypes; j++)
-        counts[i][j] -= totalProb;
-
-  }
-  */
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeNewParameters()
-  //
-  // Computes a new parameter set based on the expected counts
-  // given.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  void ComputeNewParameters (Sequence *seq1, Sequence *seq2,
-                            const VF &forward, const VF &backward,
-                             VF &initDistribMat, VF &gapOpen,
-                             VF &gapExtend, VVF &emitPairs, VF &emitSingle, bool enableTrainEmissions) const {
-    
-    assert (seq1);
-    assert (seq2);
-
-    const int seq1Length = seq1->GetLength();
-    const int seq2Length = seq2->GetLength();
-    SafeVector<char>::iterator iter1 = seq1->GetDataPtr();
-    SafeVector<char>::iterator iter2 = seq2->GetDataPtr();
-
-    // compute total probability
-    float totalProb = ComputeTotalProbability (seq1Length, seq2Length,
-                                               forward, backward);
-    
-    // initialize expected counts
-    VVF transCounts (NumMatrixTypes, VF (NumMatrixTypes, LOG_ZERO));
-    VF initCounts (NumMatrixTypes, LOG_ZERO);
-    VVF pairCounts (256, VF (256, LOG_ZERO));
-    VF singleCounts (256, LOG_ZERO);
-    
-    // remember offset for each index combination
-    int ij = 0;
-    int i1j = -seq2Length - 1;
-    int ij1 = -1;
-    int i1j1 = -seq2Length - 2;
-
-    ij *= NumMatrixTypes;
-    i1j *= NumMatrixTypes;
-    ij1 *= NumMatrixTypes;
-    i1j1 *= NumMatrixTypes;
-
-    // compute initial distribution posteriors
-    initCounts[0] = LOG_ADD (forward[0 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 1)] +
-                            backward[0 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 1)],
-                            forward[0 + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)] + 
-                            backward[0 + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)]);
-    for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-      initCounts[2*k+1] = LOG_ADD (forward[2*k+1 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 0)] +
-                                  backward[2*k+1 + NumMatrixTypes * (1 * (seq2Length+1) + 0)],
-                                  forward[2*k+1 + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)] + 
-                                  backward[2*k+1 + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)]);
-      initCounts[2*k+2] = LOG_ADD (forward[2*k+2 + NumMatrixTypes * (0 * (seq2Length+1) + 1)] +
-                                  backward[2*k+2 + NumMatrixTypes * (0 * (seq2Length+1) + 1)],
-                                  forward[2*k+2 + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)] + 
-                                  backward[2*k+2 + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1) * (seq2Length+1) - 1)]);
-    }
-
-    // compute expected counts
-    for (int i = 0; i <= seq1Length; i++){
-      unsigned char c1 = (i == 0) ? '~' : (unsigned char) toupper(iter1[i]);
-      for (int j = 0; j <= seq2Length; j++){
-        unsigned char c2 = (j == 0) ? '~' : (unsigned char) toupper(iter2[j]);
-
-       if (i > 0 && j > 0){
-         if (enableTrainEmissions && i == 1 && j == 1){
-           LOG_PLUS_EQUALS (pairCounts[c1][c2],
-                            initialDistribution[0] + matchProb[c1][c2] + backward[0 + ij]);
-           LOG_PLUS_EQUALS (pairCounts[c2][c1],
-                            initialDistribution[0] + matchProb[c2][c1] + backward[0 + ij]);
-         }
-
-         for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++){
-           LOG_PLUS_EQUALS (transCounts[k][0],
-                            forward[k + i1j1] + transProb[k][0] +
-                            matchProb[c1][c2] + backward[0 + ij]);
-           if (enableTrainEmissions && i != 1 || j != 1){
-             LOG_PLUS_EQUALS (pairCounts[c1][c2],
-                              forward[k + i1j1] + transProb[k][0] +
-                              matchProb[c1][c2] + backward[0 + ij]);
-             LOG_PLUS_EQUALS (pairCounts[c2][c1],
-                              forward[k + i1j1] + transProb[k][0] +
-                              matchProb[c2][c1] + backward[0 + ij]);
-           }
-         }
-       }
-       if (i > 0){
-         for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-           LOG_PLUS_EQUALS (transCounts[0][2*k+1],
-                            forward[0 + i1j] + transProb[0][2*k+1] +
-                            insProb[c1][k] + backward[2*k+1 + ij]);
-           LOG_PLUS_EQUALS (transCounts[2*k+1][2*k+1],
-                            forward[2*k+1 + i1j] + transProb[2*k+1][2*k+1] +
-                            insProb[c1][k] + backward[2*k+1 + ij]);
-           if (enableTrainEmissions){
-             if (i == 1 && j == 0){
-               LOG_PLUS_EQUALS (singleCounts[c1],
-                                initialDistribution[2*k+1] + insProb[c1][k] + backward[2*k+1 + ij]);
-             }
-             else {
-               LOG_PLUS_EQUALS (singleCounts[c1],
-                                forward[0 + i1j] + transProb[0][2*k+1] +
-                                insProb[c1][k] + backward[2*k+1 + ij]);
-               LOG_PLUS_EQUALS (singleCounts[c1],
-                                forward[2*k+1 + i1j] + transProb[2*k+1][2*k+1] +
-                                insProb[c1][k] + backward[2*k+1 + ij]);
-             }
-           }
-         }
-       }
-       if (j > 0){
-         for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-           LOG_PLUS_EQUALS (transCounts[0][2*k+2],
-                            forward[0 + ij1] + transProb[0][2*k+2] +
-                            insProb[c2][k] + backward[2*k+2 + ij]);
-           LOG_PLUS_EQUALS (transCounts[2*k+2][2*k+2],
-                            forward[2*k+2 + ij1] + transProb[2*k+2][2*k+2] +
-                            insProb[c2][k] + backward[2*k+2 + ij]);
-           if (enableTrainEmissions){
-             if (i == 0 && j == 1){
-               LOG_PLUS_EQUALS (singleCounts[c2],
-                                initialDistribution[2*k+2] + insProb[c2][k] + backward[2*k+2 + ij]);
-             }
-             else {
-               LOG_PLUS_EQUALS (singleCounts[c2],
-                                forward[0 + ij1] + transProb[0][2*k+2] +
-                                insProb[c2][k] + backward[2*k+2 + ij]);
-               LOG_PLUS_EQUALS (singleCounts[c2],
-                                forward[2*k+2 + ij1] + transProb[2*k+2][2*k+2] +
-                                insProb[c2][k] + backward[2*k+2 + ij]);
-             }
-           }
-         }
-       }
-      
-        ij += NumMatrixTypes;
-        i1j += NumMatrixTypes;
-        ij1 += NumMatrixTypes;
-        i1j1 += NumMatrixTypes;
-      }
-    }
-
-    // scale all expected counts appropriately
-    for (int i = 0; i < NumMatrixTypes; i++){
-      initCounts[i] -= totalProb;
-      for (int j = 0; j < NumMatrixTypes; j++)
-        transCounts[i][j] -= totalProb;
-    }
-    if (enableTrainEmissions){
-      for (int i = 0; i < 256; i++){
-       for (int j = 0; j < 256; j++)
-         pairCounts[i][j] -= totalProb;
-       singleCounts[i] -= totalProb;
-      }
-    }
-
-    // compute new initial distribution
-    float totalInitDistribCounts = 0;
-    for (int i = 0; i < NumMatrixTypes; i++)
-      totalInitDistribCounts += exp (initCounts[i]); // should be 2
-    initDistribMat[0] = min (1.0f, max (0.0f, (float) exp (initCounts[0]) / totalInitDistribCounts));
-    for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-      float val = (exp (initCounts[2*k+1]) + exp (initCounts[2*k+2])) / 2;
-      initDistribMat[2*k+1] = initDistribMat[2*k+2] = min (1.0f, max (0.0f, val / totalInitDistribCounts));
-    }
-
-    // compute total counts for match state
-    float inMatchStateCounts = 0;
-    for (int i = 0; i < NumMatrixTypes; i++)
-      inMatchStateCounts += exp (transCounts[0][i]);
-    for (int i = 0; i < NumInsertStates; i++){
-
-      // compute total counts for gap state
-      float inGapStateCounts =
-        exp (transCounts[2*i+1][0]) +
-        exp (transCounts[2*i+1][2*i+1]) +
-        exp (transCounts[2*i+2][0]) +
-        exp (transCounts[2*i+2][2*i+2]);
-
-      gapOpen[2*i] = gapOpen[2*i+1] =
-        (exp (transCounts[0][2*i+1]) +
-         exp (transCounts[0][2*i+2])) /
-        (2 * inMatchStateCounts);
-
-      gapExtend[2*i] = gapExtend[2*i+1] =
-        (exp (transCounts[2*i+1][2*i+1]) +
-         exp (transCounts[2*i+2][2*i+2])) /
-        inGapStateCounts;
-    }
-
-    if (enableTrainEmissions){
-      float totalPairCounts = 0;
-      float totalSingleCounts = 0;
-      for (int i = 0; i < 256; i++){
-       for (int j = 0; j <= i; j++)
-         totalPairCounts += exp (pairCounts[j][i]);
-       totalSingleCounts += exp (singleCounts[i]);
-      }
-      
-      for (int i = 0; i < 256; i++) if (!islower ((char) i)){
-       int li = (int)((unsigned char) tolower ((char) i));
-       for (int j = 0; j <= i; j++) if (!islower ((char) j)){
-         int lj = (int)((unsigned char) tolower ((char) j));
-         emitPairs[i][j] = emitPairs[i][lj] = emitPairs[li][j] = emitPairs[li][lj] = 
-           emitPairs[j][i] = emitPairs[j][li] = emitPairs[lj][i] = emitPairs[lj][li] = exp(pairCounts[j][i]) / totalPairCounts;
-       }
-       emitSingle[i] = emitSingle[li] = exp(singleCounts[i]) / totalSingleCounts;
-      }
-    }
-  }
-    
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeAlignment()
-  //
-  // Computes an alignment based on the given posterior matrix.
-  // This is done by finding the maximum summing path (or
-  // maximum weight trace) through the posterior matrix.  The
-  // final alignment is returned as a pair consisting of:
-  //    (1) a string (e.g., XXXBBXXXBBBBBBYYYYBBB) where X's and
-  //        denote insertions in one of the two sequences and
-  //        B's denote that both sequences are present (i.e.
-  //        matches).
-  //    (2) a float indicating the sum achieved
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  pair<SafeVector<char> *, float> ComputeAlignment (int seq1Length, int seq2Length,
-                                                    const VF &posterior) const {
-
-    float *twoRows = new float[(seq2Length+1)*2]; assert (twoRows);
-    float *oldRow = twoRows;
-    float *newRow = twoRows + seq2Length + 1;
-
-    char *tracebackMatrix = new char[(seq1Length+1)*(seq2Length+1)]; assert (tracebackMatrix);
-    char *tracebackPtr = tracebackMatrix;
-
-    VF::const_iterator posteriorPtr = posterior.begin() + seq2Length + 1;
-
-    // initialization
-    for (int i = 0; i <= seq2Length; i++){
-      oldRow[i] = 0;
-      *(tracebackPtr++) = 'L';
-    }
-
-    // fill in matrix
-    for (int i = 1; i <= seq1Length; i++){
-
-      // initialize left column
-      newRow[0] = 0;
-      posteriorPtr++;
-      *(tracebackPtr++) = 'U';
-
-      // fill in rest of row
-      for (int j = 1; j <= seq2Length; j++){
-        ChooseBestOfThree (*(posteriorPtr++) + oldRow[j-1], newRow[j-1], oldRow[j],
-                           'D', 'L', 'U', &newRow[j], tracebackPtr++);
-      }
-
-      // swap rows
-      float *temp = oldRow;
-      oldRow = newRow;
-      newRow = temp;
-    }
-
-    // store best score
-    float total = oldRow[seq2Length];
-    delete [] twoRows;
-
-    // compute traceback
-    SafeVector<char> *alignment = new SafeVector<char>; assert (alignment);
-    int r = seq1Length, c = seq2Length;
-    while (r != 0 || c != 0){
-      char ch = tracebackMatrix[r*(seq2Length+1) + c];
-      switch (ch){
-      case 'L': c--; alignment->push_back ('Y'); break;
-      case 'U': r--; alignment->push_back ('X'); break;
-      case 'D': c--; r--; alignment->push_back ('B'); break;
-      default: assert (false);
-      }
-    }
-
-    delete [] tracebackMatrix;
-
-    reverse (alignment->begin(), alignment->end());
-
-    return make_pair(alignment, total);
-  }
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeAlignmentWithGapPenalties()
-  //
-  // Similar to ComputeAlignment() except with gap penalties.
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  pair<SafeVector<char> *, float> ComputeAlignmentWithGapPenalties (MultiSequence *align1,
-                                                                    MultiSequence *align2,
-                                                                    const VF &posterior, int numSeqs1,
-                                                                    int numSeqs2,
-                                                                    float gapOpenPenalty,
-                                                                    float gapContinuePenalty) const {
-    int seq1Length = align1->GetSequence(0)->GetLength();
-    int seq2Length = align2->GetSequence(0)->GetLength();
-    SafeVector<SafeVector<char>::iterator > dataPtrs1 (align1->GetNumSequences());
-    SafeVector<SafeVector<char>::iterator > dataPtrs2 (align2->GetNumSequences());
-
-    // grab character data
-    for (int i = 0; i < align1->GetNumSequences(); i++)
-      dataPtrs1[i] = align1->GetSequence(i)->GetDataPtr();
-    for (int i = 0; i < align2->GetNumSequences(); i++)
-      dataPtrs2[i] = align2->GetSequence(i)->GetDataPtr();
-
-    // the number of active sequences at any given column is defined to be the
-    // number of non-gap characters in that column; the number of gap opens at
-    // any given column is defined to be the number of gap characters in that
-    // column where the previous character in the respective sequence was not
-    // a gap
-    SafeVector<int> numActive1 (seq1Length+1), numGapOpens1 (seq1Length+1);
-    SafeVector<int> numActive2 (seq2Length+1), numGapOpens2 (seq2Length+1);
-
-    // compute number of active sequences and gap opens for each group
-    for (int i = 0; i < align1->GetNumSequences(); i++){
-      SafeVector<char>::iterator dataPtr = align1->GetSequence(i)->GetDataPtr();
-      numActive1[0] = numGapOpens1[0] = 0;
-      for (int j = 1; j <= seq1Length; j++){
-        if (dataPtr[j] != '-'){
-          numActive1[j]++;
-          numGapOpens1[j] += (j != 1 && dataPtr[j-1] != '-');
-        }
-      }
-    }
-    for (int i = 0; i < align2->GetNumSequences(); i++){
-      SafeVector<char>::iterator dataPtr = align2->GetSequence(i)->GetDataPtr();
-      numActive2[0] = numGapOpens2[0] = 0;
-      for (int j = 1; j <= seq2Length; j++){
-        if (dataPtr[j] != '-'){
-          numActive2[j]++;
-          numGapOpens2[j] += (j != 1 && dataPtr[j-1] != '-');
-        }
-      }
-    }
-
-    VVF openingPenalty1 (numSeqs1+1, VF (numSeqs2+1));
-    VF continuingPenalty1 (numSeqs1+1);
-    VVF openingPenalty2 (numSeqs1+1, VF (numSeqs2+1));
-    VF continuingPenalty2 (numSeqs2+1);
-
-    // precompute penalties
-    for (int i = 0; i <= numSeqs1; i++)
-      for (int j = 0; j <= numSeqs2; j++)
-        openingPenalty1[i][j] = i * (gapOpenPenalty * j + gapContinuePenalty * (numSeqs2 - j));
-    for (int i = 0; i <= numSeqs1; i++)
-      continuingPenalty1[i] = i * gapContinuePenalty * numSeqs2;
-    for (int i = 0; i <= numSeqs2; i++)
-      for (int j = 0; j <= numSeqs1; j++)
-        openingPenalty2[i][j] = i * (gapOpenPenalty * j + gapContinuePenalty * (numSeqs1 - j));
-    for (int i = 0; i <= numSeqs2; i++)
-      continuingPenalty2[i] = i * gapContinuePenalty * numSeqs1;
-
-    float *twoRows = new float[6*(seq2Length+1)]; assert (twoRows);
-    float *oldRowMatch = twoRows;
-    float *newRowMatch = twoRows + (seq2Length+1);
-    float *oldRowInsertX = twoRows + 2*(seq2Length+1);
-    float *newRowInsertX = twoRows + 3*(seq2Length+1);
-    float *oldRowInsertY = twoRows + 4*(seq2Length+1);
-    float *newRowInsertY = twoRows + 5*(seq2Length+1);
-
-    char *tracebackMatrix = new char[3*(seq1Length+1)*(seq2Length+1)]; assert (tracebackMatrix);
-    char *tracebackPtr = tracebackMatrix;
-
-    VF::const_iterator posteriorPtr = posterior.begin() + seq2Length + 1;
-
-    // initialization
-    for (int i = 0; i <= seq2Length; i++){
-      oldRowMatch[i] = oldRowInsertX[i] = (i == 0) ? 0 : LOG_ZERO;
-      oldRowInsertY[i] = (i == 0) ? 0 : oldRowInsertY[i-1] + continuingPenalty2[numActive2[i]];
-      *(tracebackPtr) = *(tracebackPtr+1) = *(tracebackPtr+2) = 'Y';
-      tracebackPtr += 3;
-    }
-
-    // fill in matrix
-    for (int i = 1; i <= seq1Length; i++){
-
-      // initialize left column
-      newRowMatch[0] = newRowInsertY[0] = LOG_ZERO;
-      newRowInsertX[0] = oldRowInsertX[0] + continuingPenalty1[numActive1[i]];
-      posteriorPtr++;
-      *(tracebackPtr) = *(tracebackPtr+1) = *(tracebackPtr+2) = 'X';
-      tracebackPtr += 3;
-
-      // fill in rest of row
-      for (int j = 1; j <= seq2Length; j++){
-
-        // going to MATCH state
-        ChooseBestOfThree (oldRowMatch[j-1],
-                           oldRowInsertX[j-1],
-                           oldRowInsertY[j-1],
-                           'M', 'X', 'Y', &newRowMatch[j], tracebackPtr++);
-        newRowMatch[j] += *(posteriorPtr++);
-
-        // going to INSERT X state
-        ChooseBestOfThree (oldRowMatch[j] + openingPenalty1[numActive1[i]][numGapOpens2[j]],
-                           oldRowInsertX[j] + continuingPenalty1[numActive1[i]],
-                           oldRowInsertY[j] + openingPenalty1[numActive1[i]][numGapOpens2[j]],
-                           'M', 'X', 'Y', &newRowInsertX[j], tracebackPtr++);
-
-        // going to INSERT Y state
-        ChooseBestOfThree (newRowMatch[j-1] + openingPenalty2[numActive2[j]][numGapOpens1[i]],
-                           newRowInsertX[j-1] + openingPenalty2[numActive2[j]][numGapOpens1[i]],
-                           newRowInsertY[j-1] + continuingPenalty2[numActive2[j]],
-                           'M', 'X', 'Y', &newRowInsertY[j], tracebackPtr++);
-      }
-
-      // swap rows
-      float *temp;
-      temp = oldRowMatch; oldRowMatch = newRowMatch; newRowMatch = temp;
-      temp = oldRowInsertX; oldRowInsertX = newRowInsertX; newRowInsertX = temp;
-      temp = oldRowInsertY; oldRowInsertY = newRowInsertY; newRowInsertY = temp;
-    }
-
-    // store best score
-    float total;
-    char matrix;
-    ChooseBestOfThree (oldRowMatch[seq2Length], oldRowInsertX[seq2Length], oldRowInsertY[seq2Length],
-                       'M', 'X', 'Y', &total, &matrix);
-
-    delete [] twoRows;
-
-    // compute traceback
-    SafeVector<char> *alignment = new SafeVector<char>; assert (alignment);
-    int r = seq1Length, c = seq2Length;
-    while (r != 0 || c != 0){
-
-      int offset = (matrix == 'M') ? 0 : (matrix == 'X') ? 1 : 2;
-      char ch = tracebackMatrix[(r*(seq2Length+1) + c) * 3 + offset];
-      switch (matrix){
-      case 'Y': c--; alignment->push_back ('Y'); break;
-      case 'X': r--; alignment->push_back ('X'); break;
-      case 'M': c--; r--; alignment->push_back ('B'); break;
-      default: assert (false);
-      }
-      matrix = ch;
-    }
-
-    delete [] tracebackMatrix;
-
-    reverse (alignment->begin(), alignment->end());
-
-    return make_pair(alignment, 1.0f);
-  }
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::ComputeViterbiAlignment()
-  //
-  // Computes the highest probability pairwise alignment using the
-  // probabilistic model.  The final alignment is returned as a
-  //  pair consisting of:
-  //    (1) a string (e.g., XXXBBXXXBBBBBBYYYYBBB) where X's and
-  //        denote insertions in one of the two sequences and
-  //        B's denote that both sequences are present (i.e.
-  //        matches).
-  //    (2) a float containing the log probability of the best
-  //        alignment (not used)
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  pair<SafeVector<char> *, float> ComputeViterbiAlignment (Sequence *seq1, Sequence *seq2) const {
-    
-    assert (seq1);
-    assert (seq2);
-    
-    const int seq1Length = seq1->GetLength();
-    const int seq2Length = seq2->GetLength();
-    
-    // retrieve the points to the beginning of each sequence
-    SafeVector<char>::iterator iter1 = seq1->GetDataPtr();
-    SafeVector<char>::iterator iter2 = seq2->GetDataPtr();
-    
-    // create viterbi matrix
-    VF *viterbiPtr = new VF (NumMatrixTypes * (seq1Length+1) * (seq2Length+1), LOG_ZERO);
-    assert (viterbiPtr);
-    VF &viterbi = *viterbiPtr;
-
-    // create traceback matrix
-    VI *tracebackPtr = new VI (NumMatrixTypes * (seq1Length+1) * (seq2Length+1), -1);
-    assert (tracebackPtr);
-    VI &traceback = *tracebackPtr;
-
-    // initialization condition
-    for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++)
-      viterbi[k] = initialDistribution[k];
-
-    // remember offset for each index combination
-    int ij = 0;
-    int i1j = -seq2Length - 1;
-    int ij1 = -1;
-    int i1j1 = -seq2Length - 2;
-
-    ij *= NumMatrixTypes;
-    i1j *= NumMatrixTypes;
-    ij1 *= NumMatrixTypes;
-    i1j1 *= NumMatrixTypes;
-
-    // compute viterbi scores
-    for (int i = 0; i <= seq1Length; i++){
-      unsigned char c1 = (i == 0) ? '~' : (unsigned char) iter1[i];
-      for (int j = 0; j <= seq2Length; j++){
-        unsigned char c2 = (j == 0) ? '~' : (unsigned char) iter2[j];
-
-        if (i > 0 && j > 0){
-          for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++){
-           float newVal = viterbi[k + i1j1] + transProb[k][0] + matchProb[c1][c2];
-           if (viterbi[0 + ij] < newVal){
-             viterbi[0 + ij] = newVal;
-             traceback[0 + ij] = k;
-           }
-         }
-        }
-        if (i > 0){
-          for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-           float valFromMatch = insProb[c1][k] + viterbi[0 + i1j] + transProb[0][2*k+1];
-           float valFromIns = insProb[c1][k] + viterbi[2*k+1 + i1j] + transProb[2*k+1][2*k+1];
-           if (valFromMatch >= valFromIns){
-             viterbi[2*k+1 + ij] = valFromMatch;
-             traceback[2*k+1 + ij] = 0;
-           }
-           else {
-             viterbi[2*k+1 + ij] = valFromIns;
-             traceback[2*k+1 + ij] = 2*k+1;
-           }
-         }
-       }
-        if (j > 0){
-          for (int k = 0; k < NumInsertStates; k++){
-           float valFromMatch = insProb[c2][k] + viterbi[0 + ij1] + transProb[0][2*k+2];
-           float valFromIns = insProb[c2][k] + viterbi[2*k+2 + ij1] + transProb[2*k+2][2*k+2];
-           if (valFromMatch >= valFromIns){
-             viterbi[2*k+2 + ij] = valFromMatch;
-             traceback[2*k+2 + ij] = 0;
-           }
-           else {
-             viterbi[2*k+2 + ij] = valFromIns;
-             traceback[2*k+2 + ij] = 2*k+2;
-           }
-         }
-        }
-
-        ij += NumMatrixTypes;
-        i1j += NumMatrixTypes;
-        ij1 += NumMatrixTypes;
-        i1j1 += NumMatrixTypes;
-      }
-    }
-
-    // figure out best terminating cell
-    float bestProb = LOG_ZERO;
-    int state = -1;
-    for (int k = 0; k < NumMatrixTypes; k++){
-      float thisProb = viterbi[k + NumMatrixTypes * ((seq1Length+1)*(seq2Length+1) - 1)] + initialDistribution[k];
-      if (bestProb < thisProb){
-       bestProb = thisProb;
-       state = k;
-      }
-    }
-    assert (state != -1);
-
-    delete viterbiPtr;
-
-    // compute traceback
-    SafeVector<char> *alignment = new SafeVector<char>; assert (alignment);
-    int r = seq1Length, c = seq2Length;
-    while (r != 0 || c != 0){
-      int newState = traceback[state + NumMatrixTypes * (r * (seq2Length+1) + c)];
-      
-      if (state == 0){ c--; r--; alignment->push_back ('B'); }
-      else if (state % 2 == 1){ r--; alignment->push_back ('X'); }
-      else { c--; alignment->push_back ('Y'); }
-      
-      state = newState;
-    }
-
-    delete tracebackPtr;
-
-    reverse (alignment->begin(), alignment->end());
-    
-    return make_pair(alignment, bestProb);
-  }
-
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-  // ProbabilisticModel::BuildPosterior()
-  //
-  // Builds a posterior probability matrix needed to align a pair
-  // of alignments.  Mathematically, the returned matrix M is
-  // defined as follows:
-  //    M[i,j] =     sum          sum      f(s,t,i,j)
-  //             s in align1  t in align2
-  // where
-  //                  [  P(s[i'] <--> t[j'])
-  //                  [       if s[i'] is a letter in the ith column of align1 and
-  //                  [          t[j'] it a letter in the jth column of align2
-  //    f(s,t,i,j) =  [
-  //                  [  0    otherwise
-  //
-  /////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-  VF *BuildPosterior (MultiSequence *align1, MultiSequence *align2,
-                      const SafeVector<SafeVector<SparseMatrix *> > &sparseMatrices,
-                     float cutoff = 0.0f) const {
-    const int seq1Length = align1->GetSequence(0)->GetLength();
-    const int seq2Length = align2->GetSequence(0)->GetLength();
-
-    VF *posteriorPtr = new VF((seq1Length+1) * (seq2Length+1), 0); assert (posteriorPtr);
-    VF &posterior = *posteriorPtr;
-    VF::iterator postPtr = posterior.begin();
-
-    // for each s in align1
-    for (int i = 0; i < align1->GetNumSequences(); i++){
-      int first = align1->GetSequence(i)->GetLabel();
-      SafeVector<int> *mapping1 = align1->GetSequence(i)->GetMapping();
-
-      // for each t in align2
-      for (int j = 0; j < align2->GetNumSequences(); j++){
-        int second = align2->GetSequence(j)->GetLabel();
-        SafeVector<int> *mapping2 = align2->GetSequence(j)->GetMapping();
-
-       if (first < second){
-
-         // get the associated sparse matrix
-         SparseMatrix *matrix = sparseMatrices[first][second];
-         
-         for (int ii = 1; ii <= matrix->GetSeq1Length(); ii++){
-           SafeVector<PIF>::iterator row = matrix->GetRowPtr(ii);
-           int base = (*mapping1)[ii] * (seq2Length+1);
-           int rowSize = matrix->GetRowSize(ii);
-           
-           // add in all relevant values
-           for (int jj = 0; jj < rowSize; jj++)
-             posterior[base + (*mapping2)[row[jj].first]] += row[jj].second;
-           
-           // subtract cutoff 
-           for (int jj = 0; jj < matrix->GetSeq2Length(); jj++)
-             posterior[base + (*mapping2)[jj]] -= cutoff;
-         }
-
-       } else {
-
-         // get the associated sparse matrix
-         SparseMatrix *matrix = sparseMatrices[second][first];
-         
-         for (int jj = 1; jj <= matrix->GetSeq1Length(); jj++){
-           SafeVector<PIF>::iterator row = matrix->GetRowPtr(jj);
-           int base = (*mapping2)[jj];
-           int rowSize = matrix->GetRowSize(jj);
-           
-           // add in all relevant values
-           for (int ii = 0; ii < rowSize; ii++)
-             posterior[base + (*mapping1)[row[ii].first] * (seq2Length + 1)] += row[ii].second;
-           
-           // subtract cutoff 
-           for (int ii = 0; ii < matrix->GetSeq2Length(); ii++)
-             posterior[base + (*mapping1)[ii] * (seq2Length + 1)] -= cutoff;
-         }
-
-       }
-       
-
-        delete mapping2;
-      }
-
-      delete mapping1;
-    }
-
-    return posteriorPtr;
-  }
-};
-
-#endif