Comparison.java

   1 /*
   2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
   3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
   4  *
   5  * This file is part of Jalview.
   6  *
   7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public License
   9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
  10  * of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty
  14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
  15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
  20  */
  21 package jalview.util;
  22
  23 import jalview.datamodel.SequenceI;
  24
  25 import java.util.ArrayList;
  26 import java.util.List;
  27
  28 /**
  29  * Assorted methods for analysing or comparing sequences.
  30  */
  31 public class Comparison
  32 {
  33   private static final int EIGHTY_FIVE = 85;
  34
  35   private static final int TO_UPPER_CASE = 'a' - 'A';
  36
  37   private static final char GAP_SPACE = ' ';
  38
  39   private static final char GAP_DOT = '.';
  40
  41   private static final char GAP_DASH = '-';
  42
  43   public static final String GapChars = new String(new char[] { GAP_SPACE,
  44       GAP_DOT, GAP_DASH });
  45
  46   /**
  47    * DOCUMENT ME!
  48    *
  49    * @param ii
  50    *          DOCUMENT ME!
  51    * @param jj
  52    *          DOCUMENT ME!
  53    *
  54    * @return DOCUMENT ME!
  55    */
  56   public static final float compare(SequenceI ii, SequenceI jj)
  57   {
  58     return Comparison.compare(ii, jj, 0, ii.getLength() - 1);
  59   }
  60
  61   /**
  62    * this was supposed to be an ungapped pid calculation
  63    *
  64    * @param ii
  65    *          SequenceI
  66    * @param jj
  67    *          SequenceI
  68    * @param start
  69    *          int
  70    * @param end
  71    *          int
  72    * @return float
  73    */
  74   public static float compare(SequenceI ii, SequenceI jj, int start, int end)
  75   {
  76     String si = ii.getSequenceAsString();
  77     String sj = jj.getSequenceAsString();
  78
  79     int ilen = si.length() - 1;
  80     int jlen = sj.length() - 1;
  81
  82     while (Comparison.isGap(si.charAt(start + ilen)))
  83     {
  84       ilen--;
  85     }
  86
  87     while (Comparison.isGap(sj.charAt(start + jlen)))
  88     {
  89       jlen--;
  90     }
  91
  92     int count = 0;
  93     int match = 0;
  94     float pid = -1;
  95
  96     if (ilen > jlen)
  97     {
  98       for (int j = 0; j < jlen; j++)
  99       {
 100         if (si.substring(start + j, start + j + 1).equals(
 101                 sj.substring(start + j, start + j + 1)))
 102         {
 103           match++;
 104         }
 105
 106         count++;
 107       }
 108
 109       pid = (float) match / (float) ilen * 100;
 110     }
 111     else
 112     {
 113       for (int j = 0; j < jlen; j++)
 114       {
 115         if (si.substring(start + j, start + j + 1).equals(
 116                 sj.substring(start + j, start + j + 1)))
 117         {
 118           match++;
 119         }
 120
 121         count++;
 122       }
 123
 124       pid = (float) match / (float) jlen * 100;
 125     }
 126
 127     return pid;
 128   }
 129
 130   /**
 131    * this is a gapped PID calculation
 132    *
 133    * @param s1
 134    *          SequenceI
 135    * @param s2
 136    *          SequenceI
 137    * @return float
 138    */
 139   public final static float PID(String seq1, String seq2)
 140   {
 141     return PID(seq1, seq2, 0, seq1.length());
 142   }
 143
 144   static final int caseShift = 'a' - 'A';
 145
 146   // Another pid with region specification
 147   public final static float PID(String seq1, String seq2, int start, int end)
 148   {
 149     return PID(seq1, seq2, start, end, true, false);
 150   }
 151
 152   /**
 153    * Calculate percent identity for a pair of sequences over a particular range,
 154    * with different options for ignoring gaps.
 155    *
 156    * @param seq1
 157    * @param seq2
 158    * @param start
 159    *          - position in seqs
 160    * @param end
 161    *          - position in seqs
 162    * @param wcGaps
 163    *          - if true - gaps match any character, if false, do not match
 164    *          anything
 165    * @param ungappedOnly
 166    *          - if true - only count PID over ungapped columns
 167    * @return
 168    */
 169   public final static float PID(String seq1, String seq2, int start,
 170           int end, boolean wcGaps, boolean ungappedOnly)
 171   {
 172     int s1len = seq1.length();
 173     int s2len = seq2.length();
 174
 175     int len = Math.min(s1len, s2len);
 176
 177     if (end < len)
 178     {
 179       len = end;
 180     }
 181
 182     if (len < start)
 183     {
 184       start = len - 1; // we just use a single residue for the difference
 185     }
 186
 187     int elen = len - start, bad = 0;
 188     char chr1;
 189     char chr2;
 190     boolean agap;
 191     for (int i = start; i < len; i++)
 192     {
 193       chr1 = seq1.charAt(i);
 194
 195       chr2 = seq2.charAt(i);
 196       agap = isGap(chr1) || isGap(chr2);
 197       if ('a' <= chr1 && chr1 <= 'z')
 198       {
 199         // TO UPPERCASE !!!
 200         // Faster than toUpperCase
 201         chr1 -= caseShift;
 202       }
 203       if ('a' <= chr2 && chr2 <= 'z')
 204       {
 205         // TO UPPERCASE !!!
 206         // Faster than toUpperCase
 207         chr2 -= caseShift;
 208       }
 209
 210       if (chr1 != chr2)
 211       {
 212         if (agap)
 213         {
 214           if (ungappedOnly)
 215           {
 216             elen--;
 217           }
 218           else if (!wcGaps)
 219           {
 220             bad++;
 221           }
 222         }
 223         else
 224         {
 225           bad++;
 226         }
 227       }
 228
 229     }
 230     if (elen < 1)
 231     {
 232       return 0f;
 233     }
 234     return ((float) 100 * (elen - bad)) / elen;
 235   }
 236
 237   /**
 238    * Answers true if the supplied character is a recognised gap character, else
 239    * false. Currently hard-coded to recognise '-', '-' or ' ' (hyphen / dot /
 240    * space).
 241    *
 242    * @param c
 243    *
 244    * @return
 245    */
 246   public static final boolean isGap(char c)
 247   {
 248     return (c == GAP_DASH || c == GAP_DOT || c == GAP_SPACE) ? true : false;
 249   }
 250
 251   /**
 252    * Overloaded method signature to test whether a single sequence is nucleotide
 253    * (that is, more than 85% CGTA)
 254    *
 255    * @param seq
 256    * @return
 257    */
 258   public static final boolean isNucleotide(SequenceI seq)
 259   {
 260     return isNucleotide(new SequenceI[] { seq });
 261   }
 262
 263   /**
 264    * Answers true if more than 85% of the sequence residues (ignoring gaps) are
 265    * A, G, C, T or U, else false. This is just a heuristic guess and may give a
 266    * wrong answer (as AGCT are also amino acid codes).
 267    *
 268    * @param seqs
 269    * @return
 270    */
 271   public static final boolean isNucleotide(SequenceI[] seqs)
 272   {
 273     if (seqs == null)
 274     {
 275       return false;
 276     }
 277     char[][] letters = new char[seqs.length][];
 278     for (int i = 0; i < seqs.length; i++)
 279     {
 280       if (seqs[i] != null)
 281       {
 282         char[] sequence = seqs[i].getSequence();
 283         if (sequence != null)
 284         {
 285           letters[i] = sequence;
 286         }
 287       }
 288     }
 289
 290     return areNucleotide(letters);
 291   }
 292
 293   /**
 294    * Answers true if more than 85% of the sequence residues (ignoring gaps) are
 295    * A, G, C, T or U, else false. This is just a heuristic guess and may give a
 296    * wrong answer (as AGCT are also amino acid codes).
 297    *
 298    * @param letters
 299    * @return
 300    */
 301   static final boolean areNucleotide(char[][] letters)
 302   {
 303     int ntCount = 0;
 304     int aaCount = 0;
 305     for (char[] seq : letters)
 306     {
 307       if (seq == null)
 308       {
 309         continue;
 310       }
 311       // TODO could possibly make an informed guess just from the first sequence
 312       // to save a lengthy calculation
 313       for (char c : seq)
 314       {
 315         if (isNucleotide(c))
 316         {
 317           ntCount++;
 318         }
 319         else if (!isGap(c))
 320         {
 321           aaCount++;
 322         }
 323       }
 324     }
 325
 326     /*
 327      * Check for nucleotide count > 85% of total count (in a form that evades
 328      * int / float conversion or divide by zero).
 329      */
 330     if (ntCount * 100 > EIGHTY_FIVE * (ntCount + aaCount))
 331     {
 332       return true;
 333     }
 334     else
 335     {
 336       return false;
 337     }
 338
 339   }
 340
 341   /**
 342    * Answers true if the character is one of aAcCgGtTuU
 343    *
 344    * @param c
 345    * @return
 346    */
 347   public static boolean isNucleotide(char c)
 348   {
 349     if ('a' <= c && c <= 'z')
 350     {
 351       c -= TO_UPPER_CASE;
 352     }
 353
 354     switch (c)
 355     {
 356     case 'A':
 357     case 'C':
 358     case 'G':
 359     case 'T':
 360     case 'U':
 361       return true;
 362     }
 363     return false;
 364   }
 365
 366   /**
 367    * Answers true if every character in the string is one of aAcCgGtTuU, or
 368    * (optionally) a gap character (dot, dash, space), else false
 369    *
 370    * @param s
 371    * @param allowGaps
 372    * @return
 373    */
 374   public static boolean isNucleotideSequence(String s, boolean allowGaps)
 375   {
 376     if (s == null)
 377     {
 378       return false;
 379     }
 380     for (int i = 0; i < s.length(); i++)
 381     {
 382       char c = s.charAt(i);
 383       if (!isNucleotide(c))
 384       {
 385         if (!allowGaps || !isGap(c))
 386         {
 387           return false;
 388         }
 389       }
 390     }
 391     return true;
 392   }
 393
 394   /**
 395    * Convenience overload of isNucleotide
 396    *
 397    * @param seqs
 398    * @return
 399    */
 400   public static boolean isNucleotide(SequenceI[][] seqs)
 401   {
 402     if (seqs == null)
 403     {
 404       return false;
 405     }
 406     List<SequenceI> flattened = new ArrayList<SequenceI>();
 407     for (SequenceI[] ss : seqs)
 408     {
 409       for (SequenceI s : ss)
 410       {
 411         flattened.add(s);
 412       }
 413     }
 414     final SequenceI[] oneDArray = flattened.toArray(new SequenceI[flattened
 415             .size()]);
 416     return isNucleotide(oneDArray);
 417   }
 418 }