inprogress
[jalview.git] / forester / java / src / org / forester / phylogeny / Phylogeny.java
1 // $Id:
2 // FORESTER -- software libraries and applications
3 // for evolutionary biology research and applications.
4 //
5 // Copyright (C) 2008-2009 Christian M. Zmasek
6 // Copyright (C) 2008-2009 Burnham Institute for Medical Research
7 // Copyright (C) 2000-2001 Washington University School of Medicine
8 // and Howard Hughes Medical Institute
9 // All rights reserved
10 //
11 // This library is free software; you can redistribute it and/or
12 // modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
13 // License as published by the Free Software Foundation; either
14 // version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
15 //
16 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
17 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
18 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
19 // Lesser General Public License for more details.
20 //
21 // You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
22 // License along with this library; if not, write to the Free Software
23 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA
24 //
25 // Contact: phylosoft @ gmail . com
26 // WWW: https://sites.google.com/site/cmzmasek/home/software/forester
27
28 package org.forester.phylogeny;
29
30 import java.io.IOException;
31 import java.util.ArrayList;
32 import java.util.Arrays;
33 import java.util.Collection;
34 import java.util.HashMap;
35 import java.util.Iterator;
36 import java.util.List;
37 import java.util.Map;
38 import java.util.NoSuchElementException;
39 import java.util.Vector;
40
41 import org.forester.io.writers.PhylogenyWriter;
42 import org.forester.phylogeny.PhylogenyNode.NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE;
43 import org.forester.phylogeny.data.BranchData;
44 import org.forester.phylogeny.data.Confidence;
45 import org.forester.phylogeny.data.Identifier;
46 import org.forester.phylogeny.data.PhylogenyDataUtil;
47 import org.forester.phylogeny.data.Sequence;
48 import org.forester.phylogeny.data.SequenceRelation;
49 import org.forester.phylogeny.data.SequenceRelation.SEQUENCE_RELATION_TYPE;
50 import org.forester.phylogeny.iterators.ExternalForwardIterator;
51 import org.forester.phylogeny.iterators.LevelOrderTreeIterator;
52 import org.forester.phylogeny.iterators.PhylogenyNodeIterator;
53 import org.forester.phylogeny.iterators.PostorderTreeIterator;
54 import org.forester.phylogeny.iterators.PreorderTreeIterator;
55 import org.forester.util.FailedConditionCheckException;
56 import org.forester.util.ForesterUtil;
57
58 public class Phylogeny {
59
60     public final static boolean                                 ALLOW_MULTIPLE_PARENTS_DEFAULT = false;
61     private PhylogenyNode                                       _root;
62     private boolean                                             _rooted;
63     private boolean                                             _allow_multiple_parents;
64     private String                                              _name;
65     private String                                              _type;
66     private String                                              _description;
67     private String                                              _distance_unit;
68     private Confidence                                          _confidence;
69     private Identifier                                          _identifier;
70     private boolean                                             _rerootable;
71     private HashMap<Long, PhylogenyNode>                        _id_to_node_map;
72     private List<PhylogenyNode>                                 _external_nodes_set;
73     private Collection<Sequence>                                _sequenceRelationQueries;
74     private Collection<SequenceRelation.SEQUENCE_RELATION_TYPE> _relevant_sequence_relation_types;
75
76     /**
77      * Default Phylogeny constructor. Constructs an empty Phylogeny.
78      */
79     public Phylogeny() {
80         init();
81     }
82
83     /**
84      * Adds this Phylogeny to the list of child nodes of PhylogenyNode parent
85      * and sets the parent of this to parent.
86      * 
87      * @param n
88      *            the PhylogenyNode to add
89      */
90     public void addAsChild( final PhylogenyNode parent ) {
91         if ( isEmpty() ) {
92             throw new IllegalArgumentException( "Attempt to add an empty tree." );
93         }
94         if ( !isRooted() ) {
95             throw new IllegalArgumentException( "Attempt to add an unrooted tree." );
96         }
97         parent.addAsChild( getRoot() );
98         externalNodesHaveChanged();
99     }
100
101     public void addAsSibling( final PhylogenyNode sibling ) {
102         if ( isEmpty() ) {
103             throw new IllegalArgumentException( "Attempt to add an empty tree." );
104         }
105         if ( !isRooted() ) {
106             throw new IllegalArgumentException( "Attempt to add an unrooted tree." );
107         }
108         final int sibling_index = sibling.getChildNodeIndex();
109         final PhylogenyNode new_node = new PhylogenyNode();
110         final PhylogenyNode sibling_parent = sibling.getParent();
111         new_node.setChild1( sibling );
112         new_node.setChild2( getRoot() );
113         new_node.setParent( sibling_parent );
114         sibling.setParent( new_node );
115         sibling_parent.setChildNode( sibling_index, new_node );
116         final double new_dist = sibling.getDistanceToParent() == PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT ? PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT
117                 : sibling.getDistanceToParent() / 2;
118         new_node.setDistanceToParent( new_dist );
119         sibling.setDistanceToParent( new_dist );
120         externalNodesHaveChanged();
121     }
122
123     /**
124      * This calculates the height of the subtree emanating at n for rooted,
125      * tree-shaped phylogenies
126      * 
127      * @param n
128      *            the root-node of a subtree
129      * @return the height of the subtree emanating at n
130      */
131     public double calculateSubtreeHeight( final PhylogenyNode n ) {
132         if ( n.isExternal() || n.isCollapse() ) {
133             return ForesterUtil.isLargerOrEqualToZero( n.getDistanceToParent() );
134         }
135         else {
136             double max = -Double.MAX_VALUE;
137             for( int i = 0; i < n.getNumberOfDescendants(); ++i ) {
138                 final double l = calculateSubtreeHeight( n.getChildNode( i ) );
139                 if ( l > max ) {
140                     max = l;
141                 }
142             }
143             return max + ForesterUtil.isLargerOrEqualToZero( n.getDistanceToParent() );
144         }
145     }
146
147     public void clearHashIdToNodeMap() {
148         setIdToNodeMap( null );
149     }
150
151     /**
152      * Returns a deep copy of this Phylogeny.
153      * <p>
154      * (The resulting Phylogeny has its references in the external nodes
155      * corrected, if they are lacking/obsolete in this.)
156      */
157     public Phylogeny copy() {
158         return copy( _root );
159     }
160
161     /**
162      * Returns a deep copy of this Phylogeny.
163      * <p>
164      * (The resulting Phylogeny has its references in the external nodes
165      * corrected, if they are lacking/obsolete in this.)
166      */
167     public Phylogeny copy( final PhylogenyNode source ) {
168         final Phylogeny tree = new Phylogeny();
169         if ( isEmpty() ) {
170             tree.init();
171             return tree;
172         }
173         tree._rooted = _rooted;
174         tree._name = new String( _name );
175         tree._description = new String( _description );
176         tree._type = new String( _type );
177         tree._rerootable = _rerootable;
178         tree._distance_unit = new String( _distance_unit );
179         if ( _confidence != null ) {
180             tree._confidence = ( Confidence ) _confidence.copy();
181         }
182         if ( _identifier != null ) {
183             tree._identifier = ( Identifier ) _identifier.copy();
184         }
185         tree.setAllowMultipleParents( isAllowMultipleParents() );
186         tree._root = PhylogenyMethods.copySubTree( source );
187         return tree;
188     }
189
190     /**
191      * Returns a shallow copy of this Phylogeny.
192      * <p>
193      * (The resulting Phylogeny has its references in the external nodes
194      * corrected, if they are lacking/obsolete in this.)
195      */
196     public Phylogeny copyShallow() {
197         return copyShallow( _root );
198     }
199
200     public Phylogeny copyShallow( final PhylogenyNode source ) {
201         final Phylogeny tree = new Phylogeny();
202         if ( isEmpty() ) {
203             tree.init();
204             return tree;
205         }
206         tree._rooted = _rooted;
207         tree._name = _name;
208         tree._description = _description;
209         tree._type = _type;
210         tree._rerootable = _rerootable;
211         tree._distance_unit = _distance_unit;
212         tree._confidence = _confidence;
213         tree._identifier = _identifier;
214         tree.setAllowMultipleParents( isAllowMultipleParents() );
215         tree._root = PhylogenyMethods.copySubTreeShallow( source );
216         return tree;
217     }
218
219     /**
220      * Need to call clearHashIdToNodeMap() afterwards (not done automatically
221      * to allow client multiple deletions in linear time).
222      * Need to call 'recalculateNumberOfExternalDescendants(boolean)' after this 
223      * if tree is to be displayed.
224      * 
225      * @param remove_us the parent node of the subtree to be deleted
226      */
227     public void deleteSubtree( final PhylogenyNode remove_us, final boolean collapse_resulting_node_with_one_desc ) {
228         if ( isEmpty() || ( remove_us.isRoot() && ( getNumberOfExternalNodes() != 1 ) ) ) {
229             return;
230         }
231         if ( remove_us.isRoot() && ( getNumberOfExternalNodes() == 1 ) ) {
232             init();
233         }
234         else if ( !collapse_resulting_node_with_one_desc ) {
235             remove_us.getParent().removeChildNode( remove_us );
236         }
237         else {
238             final PhylogenyNode removed_node = remove_us;
239             final PhylogenyNode p = remove_us.getParent();
240             if ( p.isRoot() ) {
241                 if ( p.getNumberOfDescendants() == 2 ) {
242                     if ( removed_node.isFirstChildNode() ) {
243                         setRoot( getRoot().getChildNode( 1 ) );
244                         getRoot().setParent( null );
245                     }
246                     else {
247                         setRoot( getRoot().getChildNode( 0 ) );
248                         getRoot().setParent( null );
249                     }
250                 }
251                 else {
252                     p.removeChildNode( removed_node.getChildNodeIndex() );
253                 }
254             }
255             else {
256                 final PhylogenyNode pp = removed_node.getParent().getParent();
257                 if ( p.getNumberOfDescendants() == 2 ) {
258                     final int pi = p.getChildNodeIndex();
259                     if ( removed_node.isFirstChildNode() ) {
260                         p.getChildNode( 1 ).setDistanceToParent( PhylogenyMethods.addPhylogenyDistances( p
261                                 .getDistanceToParent(), p.getChildNode( 1 ).getDistanceToParent() ) );
262                         pp.setChildNode( pi, p.getChildNode( 1 ) );
263                     }
264                     else {
265                         p.getChildNode( 0 ).setDistanceToParent( PhylogenyMethods.addPhylogenyDistances( p
266                                 .getDistanceToParent(), p.getChildNode( 0 ).getDistanceToParent() ) );
267                         pp.setChildNode( pi, p.getChildNode( 0 ) );
268                     }
269                 }
270                 else {
271                     p.removeChildNode( removed_node.getChildNodeIndex() );
272                 }
273             }
274         }
275         remove_us.removeConnections();
276         externalNodesHaveChanged();
277     }
278
279     public void externalNodesHaveChanged() {
280         _external_nodes_set = null;
281     }
282
283     public String[] getAllExternalNodeNames() {
284         int i = 0;
285         if ( isEmpty() ) {
286             return null;
287         }
288         final String[] names = new String[ getNumberOfExternalNodes() ];
289         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorExternalForward(); iter.hasNext(); ) {
290             names[ i++ ] = new String( iter.next().getName() );
291         }
292         return names;
293     }
294
295     public Confidence getConfidence() {
296         return _confidence;
297     }
298
299     public String getDescription() {
300         return _description;
301     }
302
303     public String getDistanceUnit() {
304         return _distance_unit;
305     }
306
307     /**
308      * 
309      * Warning. The order of the returned nodes is random
310      * -- and hence cannot be relied on.
311      * 
312      * @return Unordered set of PhylogenyNode
313      */
314     public List<PhylogenyNode> getExternalNodes() {
315         if ( _external_nodes_set == null ) {
316             _external_nodes_set = new ArrayList<PhylogenyNode>();
317             for( final PhylogenyNodeIterator it = iteratorPostorder(); it.hasNext(); ) {
318                 final PhylogenyNode n = it.next();
319                 if ( n.isExternal() ) {
320                     _external_nodes_set.add( n );
321                 }
322             }
323         }
324         return _external_nodes_set;
325     }
326
327     /**
328      * Returns the number of duplications of this Phylogeny (int). A return
329      * value of -1 indicates that the number of duplications is unknown.
330      */
331     // public int getNumberOfDuplications() {
332     // return _number_of_duplications;
333     // } // getNumberOfDuplications()
334     /**
335      * Sets the number of duplications of this Phylogeny (int). A value of -1
336      * indicates that the number of duplications is unknown.
337      * 
338      * @param clean_nh
339      *            set to true for clean NH format
340      */
341     // public void setNumberOfDuplications( int i ) {
342     // if ( i < 0 ) {
343     // _number_of_duplications = -1;
344     // }
345     // else {
346     // _number_of_duplications = i;
347     // }
348     // } // setNumberOfDuplications( int )
349     /**
350      * Returns the first external PhylogenyNode.
351      */
352     public PhylogenyNode getFirstExternalNode() {
353         if ( isEmpty() ) {
354             throw new FailedConditionCheckException( "attempt to obtain first external node of empty phylogeney" );
355         }
356         PhylogenyNode node = getRoot();
357         while ( node.isInternal() ) {
358             node = node.getFirstChildNode();
359         }
360         return node;
361     }
362
363     /**
364      * This calculates the height for rooted, tree-shaped phylogenies. The
365      * height is the longest distance from the root to an external node. Please
366      * note. Child nodes of collapsed nodes are ignored -- which is useful for
367      * display purposes but might be misleading for other applications.
368      * 
369      * @return the height for rooted, tree-shaped phylogenies
370      */
371     public double getHeight() {
372         if ( isEmpty() ) {
373             return 0.0;
374         }
375         return calculateSubtreeHeight( getRoot() );
376     }
377
378     public Identifier getIdentifier() {
379         return _identifier;
380     }
381
382     /**
383      * Returns the name of this Phylogeny.
384      */
385     public String getName() {
386         return _name;
387     }
388
389     /**
390      * Finds the PhylogenyNode of this Phylogeny which has a matching ID number.
391      * @return PhylogenyNode with matching ID, null if not found
392      */
393     public PhylogenyNode getNode( final long id ) throws NoSuchElementException {
394         if ( isEmpty() ) {
395             throw new NoSuchElementException( "attempt to get node in an empty phylogeny" );
396         }
397         if ( ( getIdToNodeMap() == null ) || getIdToNodeMap().isEmpty() ) {
398             reHashIdToNodeMap();
399         }
400         return getIdToNodeMap().get( id );
401     }
402
403     /**
404      * Returns a PhylogenyNode of this Phylogeny which has a matching name.
405      * Throws an Exception if seqname is not present in this or not unique.
406      * 
407      * @param name
408      *            name (String) of PhylogenyNode to find
409      * @return PhylogenyNode with matchin name
410      */
411     public PhylogenyNode getNode( final String name ) {
412         if ( isEmpty() ) {
413             return null;
414         }
415         final List<PhylogenyNode> nodes = getNodes( name );
416         if ( ( nodes == null ) || ( nodes.size() < 1 ) ) {
417             throw new IllegalArgumentException( "node named \"" + name + "\" not found" );
418         }
419         if ( nodes.size() > 1 ) {
420             throw new IllegalArgumentException( "node named \"" + name + "\" not unique" );
421         }
422         return nodes.get( 0 );
423     }
424
425     /**
426      * This is time-inefficient since it runs a iterator each time it is called.
427      * 
428      */
429     public int getNodeCount() {
430         if ( isEmpty() ) {
431             return 0;
432         }
433         int c = 0;
434         for( final PhylogenyNodeIterator it = iteratorPreorder(); it.hasNext(); it.next() ) {
435             ++c;
436         }
437         return c;
438     }
439
440     /**
441      * Returns a List with references to all Nodes of this Phylogeny which have
442      * a matching name.
443      * 
444      * @param name
445      *            name (String) of Nodes to find
446      * @return Vector of references to Nodes of this Phylogeny with matching
447      *         names
448      * @see #getNodesWithMatchingSpecies(String)
449      */
450     public List<PhylogenyNode> getNodes( final String name ) {
451         if ( isEmpty() ) {
452             return null;
453         }
454         final List<PhylogenyNode> nodes = new ArrayList<PhylogenyNode>();
455         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
456             final PhylogenyNode n = iter.next();
457             if ( n.getName().equals( name ) ) {
458                 nodes.add( n );
459             }
460         }
461         return nodes;
462     }
463
464     public List<PhylogenyNode> getNodesViaSequenceName( final String seq_name ) {
465         if ( isEmpty() ) {
466             return null;
467         }
468         final List<PhylogenyNode> nodes = new ArrayList<PhylogenyNode>();
469         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
470             final PhylogenyNode n = iter.next();
471             if ( n.getNodeData().isHasSequence() && n.getNodeData().getSequence().getName().equals( seq_name ) ) {
472                 nodes.add( n );
473             }
474         }
475         return nodes;
476     }
477
478     public List<PhylogenyNode> getNodesViaSequenceSymbol( final String seq_name ) {
479         if ( isEmpty() ) {
480             return null;
481         }
482         final List<PhylogenyNode> nodes = new ArrayList<PhylogenyNode>();
483         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
484             final PhylogenyNode n = iter.next();
485             if ( n.getNodeData().isHasSequence() && n.getNodeData().getSequence().getSymbol().equals( seq_name ) ) {
486                 nodes.add( n );
487             }
488         }
489         return nodes;
490     }
491
492     public List<PhylogenyNode> getNodesViaGeneName( final String seq_name ) {
493         if ( isEmpty() ) {
494             return null;
495         }
496         final List<PhylogenyNode> nodes = new ArrayList<PhylogenyNode>();
497         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
498             final PhylogenyNode n = iter.next();
499             if ( n.getNodeData().isHasSequence() && n.getNodeData().getSequence().getGeneName().equals( seq_name ) ) {
500                 nodes.add( n );
501             }
502         }
503         return nodes;
504     }
505
506     public List<PhylogenyNode> getNodesViaTaxonomyCode( final String taxonomy_code ) {
507         if ( isEmpty() ) {
508             return null;
509         }
510         final List<PhylogenyNode> nodes = new ArrayList<PhylogenyNode>();
511         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
512             final PhylogenyNode n = iter.next();
513             if ( n.getNodeData().isHasTaxonomy()
514                     && n.getNodeData().getTaxonomy().getTaxonomyCode().equals( taxonomy_code ) ) {
515                 nodes.add( n );
516             }
517         }
518         return nodes;
519     }
520
521     /**
522      * Returns a Vector with references to all Nodes of this Phylogeny which
523      * have a matching species name.
524      * 
525      * @param specname
526      *            species name (String) of Nodes to find
527      * @return Vector of references to Nodes of this Phylogeny with matching
528      *         species names.
529      * @see #getNodes(String)
530      */
531     public List<PhylogenyNode> getNodesWithMatchingSpecies( final String specname ) {
532         if ( isEmpty() ) {
533             return null;
534         }
535         final List<PhylogenyNode> nodes = new ArrayList<PhylogenyNode>();
536         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
537             final PhylogenyNode n = iter.next();
538             if ( PhylogenyMethods.getSpecies( n ).equals( specname ) ) {
539                 nodes.add( n );
540             }
541         }
542         return nodes;
543     }
544
545     public PhylogenyNode getNodeViaSequenceName( final String seq_name ) {
546         if ( isEmpty() ) {
547             return null;
548         }
549         final List<PhylogenyNode> nodes = getNodesViaSequenceName( seq_name );
550         if ( ( nodes == null ) || ( nodes.size() < 1 ) ) {
551             throw new IllegalArgumentException( "node with sequence named [" + seq_name + "] not found" );
552         }
553         if ( nodes.size() > 1 ) {
554             throw new IllegalArgumentException( "node with sequence named [" + seq_name + "] not unique" );
555         }
556         return nodes.get( 0 );
557     }
558
559     public PhylogenyNode getNodeViaTaxonomyCode( final String taxonomy_code ) {
560         if ( isEmpty() ) {
561             return null;
562         }
563         final List<PhylogenyNode> nodes = getNodesViaTaxonomyCode( taxonomy_code );
564         if ( ( nodes == null ) || ( nodes.size() < 1 ) ) {
565             throw new IllegalArgumentException( "node with taxonomy code \"" + taxonomy_code + "\" not found" );
566         }
567         if ( nodes.size() > 1 ) {
568             throw new IllegalArgumentException( "node with taxonomy code \"" + taxonomy_code + "\" not unique" );
569         }
570         return nodes.get( 0 );
571     }
572
573     public int getNumberOfBranches() {
574         if ( isEmpty() ) {
575             return 0;
576         }
577         int c = 0;
578         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); iter.next() ) {
579             ++c;
580         }
581         if ( !isRooted() ) {
582             --c;
583         }
584         return c;
585     }
586
587     public int getNumberOfInternalNodes() {
588         if ( isEmpty() ) {
589             return 0;
590         }
591         int c = 0;
592         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
593             if ( iter.next().isInternal() ) {
594                 ++c;
595             }
596         }
597         if ( !isRooted() ) {
598             --c;
599         }
600         return c;
601     }
602
603     /**
604      * Returns the sum of external Nodes of this Phylogeny (int).
605      */
606     public int getNumberOfExternalNodes() {
607         if ( isEmpty() ) {
608             return 0;
609         }
610         return getExternalNodes().size();
611     }
612
613     /**
614      * Returns all paralogs of the external PhylogenyNode n of this Phylogeny.
615      * paralog are returned as List of node references.
616      * <p>
617      * PRECONDITION: This tree must be binary and rooted, and speciation -
618      * duplication need to be assigned for each of its internal Nodes.
619      * <p>
620      * Returns null if this Phylogeny is empty or if n is internal.
621      * <p>
622      * (Last modified: 11/22/00) Olivier CHABROL :
623      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
624      * 
625      * @param n
626      *            external PhylogenyNode whose orthologs are to be returned
627      * @return Vector of references to all orthologous Nodes of PhylogenyNode n
628      *         of this Phylogeny, null if this Phylogeny is empty or if n is
629      *         internal
630      */
631     public List<PhylogenyNode> getParalogousNodes( final PhylogenyNode n, final String[] taxonomyCodeRange ) {
632         PhylogenyNode node = n;
633         PhylogenyNode prev = null;
634         final List<PhylogenyNode> v = new ArrayList<PhylogenyNode>();
635         final Map<PhylogenyNode, List<String>> map = new HashMap<PhylogenyNode, List<String>>();
636         getTaxonomyMap( getRoot(), map );
637         if ( !node.isExternal() || isEmpty() ) {
638             return null;
639         }
640         final String searchNodeSpeciesId = PhylogenyMethods.getTaxonomyIdentifier( n );
641         if ( !node.isExternal() || isEmpty() ) {
642             return null;
643         }
644         List<String> taxIdList = null;
645         final List<String> taxonomyCodeRangeList = Arrays.asList( taxonomyCodeRange );
646         while ( !node.isRoot() ) {
647             prev = node;
648             node = node.getParent();
649             taxIdList = map.get( node );
650             if ( node.isDuplication() && isContains( taxIdList, taxonomyCodeRangeList ) ) {
651                 if ( node.getChildNode1() == prev ) {
652                     v.addAll( getNodeByTaxonomyID( searchNodeSpeciesId, node.getChildNode2()
653                             .getAllExternalDescendants() ) );
654                 }
655                 else {
656                     v.addAll( getNodeByTaxonomyID( searchNodeSpeciesId, node.getChildNode1()
657                             .getAllExternalDescendants() ) );
658                 }
659             }
660         }
661         return v;
662     }
663
664     public Collection<SequenceRelation.SEQUENCE_RELATION_TYPE> getRelevantSequenceRelationTypes() {
665         if ( _relevant_sequence_relation_types == null ) {
666             _relevant_sequence_relation_types = new Vector<SEQUENCE_RELATION_TYPE>();
667         }
668         return _relevant_sequence_relation_types;
669     }
670
671     /**
672      * Returns the root PhylogenyNode of this Phylogeny.
673      */
674     public PhylogenyNode getRoot() {
675         return _root;
676     }
677
678     public Collection<Sequence> getSequenceRelationQueries() {
679         return _sequenceRelationQueries;
680     }
681
682     public String getType() {
683         return _type;
684     }
685
686     /**
687      * Deletes this Phylogeny.
688      */
689     public void init() {
690         _root = null;
691         _rooted = false;
692         _name = "";
693         _description = "";
694         _type = "";
695         _distance_unit = "";
696         _id_to_node_map = null;
697         _confidence = null;
698         _identifier = null;
699         _rerootable = true;
700         setAllowMultipleParents( Phylogeny.ALLOW_MULTIPLE_PARENTS_DEFAULT );
701     }
702
703     /**
704      * Returns whether this is a completely binary tree (i.e. all internal nodes
705      * are bifurcations).
706      * 
707      */
708     public boolean isCompletelyBinary() {
709         if ( isEmpty() ) {
710             return false;
711         }
712         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
713             final PhylogenyNode node = iter.next();
714             if ( node.isInternal() && ( node.getNumberOfDescendants() != 2 ) ) {
715                 return false;
716             }
717         }
718         return true;
719     }
720
721     /**
722      * Checks whether a Phylogeny object is deleted (or empty).
723      * 
724      * @return true if the tree is deleted (or empty), false otherwise
725      */
726     public boolean isEmpty() {
727         return ( getRoot() == null );
728     }
729
730     public boolean isRerootable() {
731         return _rerootable;
732     }
733
734     /**
735      * Returns true is this Phylogeny is rooted.
736      */
737     public boolean isRooted() {
738         return _rooted;
739     } // isRooted()
740
741     public boolean isTree() {
742         return true;
743     }
744
745     public PhylogenyNodeIterator iteratorExternalForward() {
746         return new ExternalForwardIterator( this );
747     }
748
749     public PhylogenyNodeIterator iteratorLevelOrder() {
750         return new LevelOrderTreeIterator( this );
751     }
752
753     public PhylogenyNodeIterator iteratorPostorder() {
754         return new PostorderTreeIterator( this );
755     }
756
757     public PhylogenyNodeIterator iteratorPreorder() {
758         return new PreorderTreeIterator( this );
759     }
760
761     /**
762      * Resets the ID numbers of the nodes of this Phylogeny in level order,
763      * starting with start_label (for the root). <br>
764      * WARNING. After this method has been called, node IDs are no longer
765      * unique. 
766      */
767     public void levelOrderReID() {
768         if ( isEmpty() ) {
769             return;
770         }
771         _id_to_node_map = null;
772         long max = 0;
773         for( final PhylogenyNodeIterator it = iteratorPreorder(); it.hasNext(); ) {
774             final PhylogenyNode node = it.next();
775             if ( node.isRoot() ) {
776                 node.setId( PhylogenyNode.getNodeCount() );
777             }
778             else {
779                 node.setId( node.getParent().getId() + 1 );
780                 if ( node.getId() > max ) {
781                     max = node.getId();
782                 }
783             }
784         }
785         PhylogenyNode.setNodeCount( max + 1 );
786     }
787
788     /**
789      * Prints descriptions of all external Nodes of this Phylogeny to
790      * System.out.
791      */
792     public void printExtNodes() {
793         if ( isEmpty() ) {
794             return;
795         }
796         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorExternalForward(); iter.hasNext(); ) {
797             System.out.println( iter.next() + "\n" );
798         }
799     }
800
801     /**
802      * (Re)counts the number of children for each PhylogenyNode of this
803      * Phylogeny. As an example, this method needs to be called after a
804      * Phylogeny has been reRooted and it is to be displayed.
805      * 
806      * @param consider_collapsed_nodes
807      *            set to true to take into account collapsed nodes (collapsed
808      *            nodes have 1 child).
809      */
810     public void recalculateNumberOfExternalDescendants( final boolean consider_collapsed_nodes ) {
811         if ( isEmpty() ) {
812             return;
813         }
814         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPostorder(); iter.hasNext(); ) {
815             final PhylogenyNode node = iter.next();
816             if ( node.isExternal() || ( consider_collapsed_nodes && node.isCollapse() ) ) {
817                 node.setSumExtNodes( 1 );
818             }
819             else {
820                 int sum = 0;
821                 for( int i = 0; i < node.getNumberOfDescendants(); ++i ) {
822                     sum += node.getChildNode( i ).getNumberOfExternalNodes();
823                 }
824                 node.setSumExtNodes( sum );
825             }
826         }
827     }
828
829     /**
830      * Places the root of this Phylogeny on the parent branch of the
831      * PhylogenyNode with a corresponding ID. The new root is always placed on
832      * the middle of the branch. If the resulting reRooted Phylogeny is to be
833      * used any further, in most cases the following methods have to be called
834      * on the resulting Phylogeny:
835      * <p>
836      * <li>recalculateNumberOfExternalDescendants(boolean)
837      * <li>recalculateAndReset()
838      * 
839      * @param id
840      *            ID (int) of PhylogenyNode of this Phylogeny
841      */
842     public void reRoot( final long id ) {
843         reRoot( getNode( id ) );
844     }
845
846     /**
847      * Places the root of this Phylogeny on the parent branch PhylogenyNode n.
848      * The new root is always placed on the middle of the branch.
849      * <p>
850      * If the resulting reRooted Phylogeny is to be used any further, in most
851      * cases the following three methods have to be called on the resulting
852      * Phylogeny:
853      * <ul>
854      * <li>recalculateNumberOfExternalDescendants(boolean) <li>recalculateAndReset()
855      * </ul>
856      * <p>
857      * (Last modified: 10/01/01)
858      * 
859      * @param n
860      *            PhylogenyNode of this Phylogeny\
861      */
862     public void reRoot( final PhylogenyNode n ) {
863         reRoot( n, -1 );
864     }
865
866     public void reRoot( final PhylogenyNode n, final double distance_n_to_parent ) {
867         if ( isEmpty() || ( getNumberOfExternalNodes() < 2 ) ) {
868             return;
869         }
870         setRooted( true );
871         if ( n.isRoot() ) {
872             return;
873         }
874         else if ( n.getParent().isRoot() ) {
875             if ( ( n.getParent().getNumberOfDescendants() == 2 ) && ( distance_n_to_parent >= 0 ) ) {
876                 final double d = n.getParent().getChildNode1().getDistanceToParent()
877                         + n.getParent().getChildNode2().getDistanceToParent();
878                 PhylogenyNode other;
879                 if ( n.getChildNodeIndex() == 0 ) {
880                     other = n.getParent().getChildNode2();
881                 }
882                 else {
883                     other = n.getParent().getChildNode1();
884                 }
885                 n.setDistanceToParent( distance_n_to_parent );
886                 final double dm = d - distance_n_to_parent;
887                 if ( dm >= 0 ) {
888                     other.setDistanceToParent( dm );
889                 }
890                 else {
891                     other.setDistanceToParent( 0 );
892                 }
893             }
894             if ( n.getParent().getNumberOfDescendants() > 2 ) {
895                 final int index = n.getChildNodeIndex();
896                 final double dn = n.getDistanceToParent();
897                 final PhylogenyNode prev_root = getRoot();
898                 prev_root.getDescendants().remove( index );
899                 final PhylogenyNode new_root = new PhylogenyNode();
900                 new_root.setChildNode( 0, n );
901                 new_root.setChildNode( 1, prev_root );
902                 if ( n.getBranchDataDirectly() != null ) {
903                     prev_root.setBranchData( ( BranchData ) n.getBranchDataDirectly().copy() );
904                 }
905                 setRoot( new_root );
906                 if ( distance_n_to_parent >= 0 ) {
907                     n.setDistanceToParent( distance_n_to_parent );
908                     final double d = dn - distance_n_to_parent;
909                     if ( d >= 0 ) {
910                         prev_root.setDistanceToParent( d );
911                     }
912                     else {
913                         prev_root.setDistanceToParent( 0 );
914                     }
915                 }
916                 else {
917                     if ( dn >= 0 ) {
918                         final double d = dn / 2.0;
919                         n.setDistanceToParent( d );
920                         prev_root.setDistanceToParent( d );
921                     }
922                 }
923             }
924         }
925         else {
926             PhylogenyNode a = n;
927             PhylogenyNode b = null;
928             PhylogenyNode c = null;
929             final PhylogenyNode new_root = new PhylogenyNode();
930             double distance1 = 0.0;
931             double distance2 = 0.0;
932             BranchData branch_data_1 = null;
933             BranchData branch_data_2 = null;
934             b = a.getParent();
935             c = b.getParent();
936             new_root.setChildNode( 0, a );
937             new_root.setChildNode( 1, b );
938             distance1 = c.getDistanceToParent();
939             if ( c.getBranchDataDirectly() != null ) {
940                 branch_data_1 = ( BranchData ) c.getBranchDataDirectly().copy();
941             }
942             c.setDistanceToParent( b.getDistanceToParent() );
943             if ( b.getBranchDataDirectly() != null ) {
944                 c.setBranchData( ( BranchData ) b.getBranchDataDirectly().copy() );
945             }
946             if ( a.getBranchDataDirectly() != null ) {
947                 b.setBranchData( ( BranchData ) a.getBranchDataDirectly().copy() );
948             }
949             // New root is always placed in the middle of the branch:
950             if ( a.getDistanceToParent() == PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT ) {
951                 b.setDistanceToParent( PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT );
952             }
953             else {
954                 if ( distance_n_to_parent >= 0.0 ) {
955                     final double diff = a.getDistanceToParent() - distance_n_to_parent;
956                     a.setDistanceToParent( distance_n_to_parent );
957                     b.setDistanceToParent( diff >= 0.0 ? diff : 0.0 );
958                 }
959                 else {
960                     final double d = a.getDistanceToParent() / 2.0;
961                     a.setDistanceToParent( d );
962                     b.setDistanceToParent( d );
963                 }
964             }
965             b.setChildNodeOnly( a.getChildNodeIndex( b ), c );
966             // moving to the old root, swapping references:
967             while ( !c.isRoot() ) {
968                 a = b;
969                 b = c;
970                 c = c.getParent();
971                 b.setChildNodeOnly( a.getChildNodeIndex( b ), c );
972                 b.setParent( a );
973                 distance2 = c.getDistanceToParent();
974                 branch_data_2 = c.getBranchDataDirectly();
975                 c.setDistanceToParent( distance1 );
976                 c.setBranchData( branch_data_1 );
977                 distance1 = distance2;
978                 branch_data_1 = branch_data_2;
979             }
980             // removing the old root:
981             if ( c.getNumberOfDescendants() == 2 ) {
982                 final PhylogenyNode node = c.getChildNode( 1 - b.getChildNodeIndex( c ) );
983                 node.setParent( b );
984                 if ( ( c.getDistanceToParent() == PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT )
985                         && ( node.getDistanceToParent() == PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT ) ) {
986                     node.setDistanceToParent( PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT );
987                 }
988                 else {
989                     node.setDistanceToParent( ( c.getDistanceToParent() >= 0.0 ? c.getDistanceToParent() : 0.0 )
990                             + ( node.getDistanceToParent() >= 0.0 ? node.getDistanceToParent() : 0.0 ) );
991                 }
992                 if ( c.getBranchDataDirectly() != null ) {
993                     node.setBranchData( ( BranchData ) c.getBranchDataDirectly().copy() );
994                 }
995                 for( int i = 0; i < b.getNumberOfDescendants(); ++i ) {
996                     if ( b.getChildNode( i ) == c ) {
997                         b.setChildNodeOnly( i, node );
998                         break;
999                     }
1000                 }
1001             }
1002             else {
1003                 c.setParent( b );
1004                 c.removeChildNode( b.getChildNodeIndex( c ) );
1005             }
1006             setRoot( new_root );
1007         }
1008     }
1009
1010     /**
1011      * Sets all Nodes of this Phylogeny to not-collapsed.
1012      * <p>
1013      * In most cases methods adjustNodeCount(false) and recalculateAndReset()
1014      * need to be called after this method has been called.
1015      */
1016     public void setAllNodesToNotCollapse() {
1017         if ( isEmpty() ) {
1018             return;
1019         }
1020         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
1021             final PhylogenyNode node = iter.next();
1022             node.setCollapse( false );
1023         }
1024     }
1025
1026     public void setConfidence( final Confidence confidence ) {
1027         _confidence = confidence;
1028     }
1029
1030     public void setDescription( final String description ) {
1031         _description = description;
1032     }
1033
1034     public void setDistanceUnit( final String _distance_unit ) {
1035         this._distance_unit = _distance_unit;
1036     }
1037
1038     public void setIdentifier( final Identifier identifier ) {
1039         _identifier = identifier;
1040     }
1041
1042     public void setIdToNodeMap( final HashMap<Long, PhylogenyNode> idhash ) {
1043         _id_to_node_map = idhash;
1044     }
1045
1046     /**
1047      * Sets the indicators of all Nodes of this Phylogeny to 0.
1048      */
1049     public void setIndicatorsToZero() {
1050         if ( isEmpty() ) {
1051             return;
1052         }
1053         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
1054             iter.next().setIndicator( ( byte ) 0 );
1055         }
1056     } // setIndicatorsToZero()
1057
1058     /**
1059      * Sets the name of this Phylogeny to s.
1060      */
1061     public void setName( final String s ) {
1062         _name = s;
1063     }
1064
1065     public void setRelevantSequenceRelationTypes( final Collection<SequenceRelation.SEQUENCE_RELATION_TYPE> types ) {
1066         _relevant_sequence_relation_types = types;
1067     }
1068
1069     public void setRerootable( final boolean rerootable ) {
1070         _rerootable = rerootable;
1071     }
1072
1073     public void setRoot( final PhylogenyNode n ) {
1074         _root = n;
1075     }
1076
1077     /**
1078      * Sets whether this Phylogeny is rooted or not.
1079      */
1080     public void setRooted( final boolean b ) {
1081         _rooted = b;
1082     } // setRooted( boolean )
1083
1084     public void setSequenceRelationQueries( final Collection<Sequence> sequencesByName ) {
1085         _sequenceRelationQueries = sequencesByName;
1086     }
1087
1088     public void setType( final String type ) {
1089         _type = type;
1090     }
1091
1092     public String toNewHampshire() {
1093         return toNewHampshire( false, NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE.NONE );
1094     }
1095
1096     public String toNewHampshire( final boolean simple_nh,
1097                                   final NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE nh_conversion_support_style ) {
1098         try {
1099             return new PhylogenyWriter().toNewHampshire( this, simple_nh, true, nh_conversion_support_style )
1100                     .toString();
1101         }
1102         catch ( final IOException e ) {
1103             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1104         }
1105     }
1106
1107     public String toNewHampshireX() {
1108         try {
1109             return new PhylogenyWriter().toNewHampshireX( this ).toString();
1110         }
1111         catch ( final IOException e ) {
1112             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1113         }
1114     }
1115
1116     public String toNexus() {
1117         return toNexus( NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE.NONE );
1118     }
1119
1120     public String toNexus( final NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE svs ) {
1121         try {
1122             return new PhylogenyWriter().toNexus( this, svs ).toString();
1123         }
1124         catch ( final IOException e ) {
1125             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1126         }
1127     }
1128
1129     public String toPhyloXML( final int phyloxml_level ) {
1130         try {
1131             return new PhylogenyWriter().toPhyloXML( this, phyloxml_level ).toString();
1132         }
1133         catch ( final IOException e ) {
1134             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1135         }
1136     }
1137
1138     // ---------------------------------------------------------
1139     // Writing of Phylogeny to Strings
1140     // ---------------------------------------------------------
1141     /**
1142      * Converts this Phylogeny to a New Hampshire X (String) representation.
1143      * 
1144      * @return New Hampshire X (String) representation of this
1145      * @see #toNewHampshireX()
1146      */
1147     @Override
1148     public String toString() {
1149         return toNewHampshireX();
1150     }
1151
1152     /**
1153      * Removes the root PhylogenyNode this Phylogeny.
1154      */
1155     public void unRoot() throws RuntimeException {
1156         if ( !isTree() ) {
1157             throw new FailedConditionCheckException( "Attempt to unroot a phylogeny which is not tree-like." );
1158         }
1159         if ( isEmpty() ) {
1160             return;
1161         }
1162         setIndicatorsToZero();
1163         if ( !isRooted() || ( getNumberOfExternalNodes() <= 1 ) ) {
1164             return;
1165         }
1166         setRooted( false );
1167         return;
1168     } // unRoot()
1169
1170     private HashMap<Long, PhylogenyNode> getIdToNodeMap() {
1171         return _id_to_node_map;
1172     }
1173
1174     /**
1175      * Return Node by TaxonomyId Olivier CHABROL :
1176      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
1177      * 
1178      * @param taxonomyID
1179      *            search taxonomy identifier
1180      * @param nodes
1181      *            sublist node to search
1182      * @return List node with the same taxonomy identifier
1183      */
1184     private List<PhylogenyNode> getNodeByTaxonomyID( final String taxonomyID, final List<PhylogenyNode> nodes ) {
1185         final List<PhylogenyNode> retour = new ArrayList<PhylogenyNode>();
1186         for( final PhylogenyNode node : nodes ) {
1187             if ( taxonomyID.equals( PhylogenyMethods.getTaxonomyIdentifier( node ) ) ) {
1188                 retour.add( node );
1189             }
1190         }
1191         return retour;
1192     }
1193
1194     /**
1195      * List all species contains in all leaf under a node Olivier CHABROL :
1196      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
1197      * 
1198      * @param node
1199      *            PhylogenyNode whose sub node species are returned
1200      * @return species contains in all leaf under the param node
1201      */
1202     private List<String> getSubNodeTaxonomy( final PhylogenyNode node ) {
1203         final List<String> taxonomyList = new ArrayList<String>();
1204         final List<PhylogenyNode> childs = node.getAllExternalDescendants();
1205         String speciesId = null;
1206         for( final PhylogenyNode phylogenyNode : childs ) {
1207             // taxId = new Long(phylogenyNode.getTaxonomyID());
1208             speciesId = PhylogenyMethods.getTaxonomyIdentifier( phylogenyNode );
1209             if ( !taxonomyList.contains( speciesId ) ) {
1210                 taxonomyList.add( speciesId );
1211             }
1212         }
1213         return taxonomyList;
1214     }
1215
1216     /**
1217      * Create a map [<PhylogenyNode, List<String>], the list contains the
1218      * species contains in all leaf under phylogeny node Olivier CHABROL :
1219      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
1220      * 
1221      * @param node
1222      *            the tree root node
1223      * @param map
1224      *            map to fill
1225      */
1226     private void getTaxonomyMap( final PhylogenyNode node, final Map<PhylogenyNode, List<String>> map ) {
1227         // node is leaf
1228         if ( node.isExternal() ) {
1229             return;
1230         }
1231         map.put( node, getSubNodeTaxonomy( node ) );
1232         getTaxonomyMap( node.getChildNode1(), map );
1233         getTaxonomyMap( node.getChildNode2(), map );
1234     }
1235
1236     private boolean isAllowMultipleParents() {
1237         return _allow_multiple_parents;
1238     }
1239
1240     /**
1241      * Util method to check if all element of a list is contains in the
1242      * rangeList. Olivier CHABROL : olivier.chabrol@univ-provence.fr
1243      * 
1244      * @param list
1245      *            list to be check
1246      * @param rangeList
1247      *            the range list to compare
1248      * @return <code>true</code> if all param list element are contains in param
1249      *         rangeList, <code>false</code> otherwise.
1250      */
1251     private boolean isContains( final List<String> list, final List<String> rangeList ) {
1252         if ( list.size() > rangeList.size() ) {
1253             return false;
1254         }
1255         String l = null;
1256         for( final Iterator<String> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext(); ) {
1257             l = iterator.next();
1258             if ( !rangeList.contains( l ) ) {
1259                 return false;
1260             }
1261         }
1262         return true;
1263     }
1264
1265     /**
1266      * Hashes the ID number of each PhylogenyNode of this Phylogeny to its
1267      * corresponding PhylogenyNode, in order to make method getNode( id ) run in
1268      * constant time. Important: The user is responsible for calling this method
1269      * (again) after this Phylogeny has been changed/created/renumbered.
1270      */
1271     private void reHashIdToNodeMap() {
1272         if ( isEmpty() ) {
1273             return;
1274         }
1275         setIdToNodeMap( new HashMap<Long, PhylogenyNode>() );
1276         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
1277             final PhylogenyNode node = iter.next();
1278             getIdToNodeMap().put( node.getId(), node );
1279         }
1280     }
1281
1282     private void setAllowMultipleParents( final boolean allow_multiple_parents ) {
1283         _allow_multiple_parents = allow_multiple_parents;
1284     }
1285 }