623435862f682ac59dec33533477c90df94fc123
[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> getNodesViaTaxonomyCode( final String taxonomy_code ) {
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().isHasTaxonomy()
486                     && n.getNodeData().getTaxonomy().getTaxonomyCode().equals( taxonomy_code ) ) {
487                 nodes.add( n );
488             }
489         }
490         return nodes;
491     }
492
493     /**
494      * Returns a Vector with references to all Nodes of this Phylogeny which
495      * have a matching species name.
496      * 
497      * @param specname
498      *            species name (String) of Nodes to find
499      * @return Vector of references to Nodes of this Phylogeny with matching
500      *         species names.
501      * @see #getNodes(String)
502      */
503     public List<PhylogenyNode> getNodesWithMatchingSpecies( final String specname ) {
504         if ( isEmpty() ) {
505             return null;
506         }
507         final List<PhylogenyNode> nodes = new ArrayList<PhylogenyNode>();
508         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
509             final PhylogenyNode n = iter.next();
510             if ( PhylogenyMethods.getSpecies( n ).equals( specname ) ) {
511                 nodes.add( n );
512             }
513         }
514         return nodes;
515     }
516
517     public PhylogenyNode getNodeViaSequenceName( final String seq_name ) {
518         if ( isEmpty() ) {
519             return null;
520         }
521         final List<PhylogenyNode> nodes = getNodesViaSequenceName( seq_name );
522         if ( ( nodes == null ) || ( nodes.size() < 1 ) ) {
523             throw new IllegalArgumentException( "node with sequence named [" + seq_name + "] not found" );
524         }
525         if ( nodes.size() > 1 ) {
526             throw new IllegalArgumentException( "node with sequence named [" + seq_name + "] not unique" );
527         }
528         return nodes.get( 0 );
529     }
530
531     public PhylogenyNode getNodeViaTaxonomyCode( final String taxonomy_code ) {
532         if ( isEmpty() ) {
533             return null;
534         }
535         final List<PhylogenyNode> nodes = getNodesViaTaxonomyCode( taxonomy_code );
536         if ( ( nodes == null ) || ( nodes.size() < 1 ) ) {
537             throw new IllegalArgumentException( "node with taxonomy code \"" + taxonomy_code + "\" not found" );
538         }
539         if ( nodes.size() > 1 ) {
540             throw new IllegalArgumentException( "node with taxonomy code \"" + taxonomy_code + "\" not unique" );
541         }
542         return nodes.get( 0 );
543     }
544
545     public int getNumberOfBranches() {
546         if ( isEmpty() ) {
547             return 0;
548         }
549         int c = 0;
550         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); iter.next() ) {
551             ++c;
552         }
553         if ( !isRooted() ) {
554             --c;
555         }
556         return c;
557     }
558
559     public int getNumberOfInternalNodes() {
560         if ( isEmpty() ) {
561             return 0;
562         }
563         int c = 0;
564         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
565             if ( iter.next().isInternal() ) {
566                 ++c;
567             }
568         }
569         if ( !isRooted() ) {
570             --c;
571         }
572         return c;
573     }
574
575     /**
576      * Returns the sum of external Nodes of this Phylogeny (int).
577      */
578     public int getNumberOfExternalNodes() {
579         if ( isEmpty() ) {
580             return 0;
581         }
582         return getExternalNodes().size();
583     }
584
585     /**
586      * Returns all paralogs of the external PhylogenyNode n of this Phylogeny.
587      * paralog are returned as List of node references.
588      * <p>
589      * PRECONDITION: This tree must be binary and rooted, and speciation -
590      * duplication need to be assigned for each of its internal Nodes.
591      * <p>
592      * Returns null if this Phylogeny is empty or if n is internal.
593      * <p>
594      * (Last modified: 11/22/00) Olivier CHABROL :
595      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
596      * 
597      * @param n
598      *            external PhylogenyNode whose orthologs are to be returned
599      * @return Vector of references to all orthologous Nodes of PhylogenyNode n
600      *         of this Phylogeny, null if this Phylogeny is empty or if n is
601      *         internal
602      */
603     public List<PhylogenyNode> getParalogousNodes( final PhylogenyNode n, final String[] taxonomyCodeRange ) {
604         PhylogenyNode node = n;
605         PhylogenyNode prev = null;
606         final List<PhylogenyNode> v = new ArrayList<PhylogenyNode>();
607         final Map<PhylogenyNode, List<String>> map = new HashMap<PhylogenyNode, List<String>>();
608         getTaxonomyMap( getRoot(), map );
609         if ( !node.isExternal() || isEmpty() ) {
610             return null;
611         }
612         final String searchNodeSpeciesId = PhylogenyMethods.getTaxonomyIdentifier( n );
613         if ( !node.isExternal() || isEmpty() ) {
614             return null;
615         }
616         List<String> taxIdList = null;
617         final List<String> taxonomyCodeRangeList = Arrays.asList( taxonomyCodeRange );
618         while ( !node.isRoot() ) {
619             prev = node;
620             node = node.getParent();
621             taxIdList = map.get( node );
622             if ( node.isDuplication() && isContains( taxIdList, taxonomyCodeRangeList ) ) {
623                 if ( node.getChildNode1() == prev ) {
624                     v.addAll( getNodeByTaxonomyID( searchNodeSpeciesId, node.getChildNode2()
625                             .getAllExternalDescendants() ) );
626                 }
627                 else {
628                     v.addAll( getNodeByTaxonomyID( searchNodeSpeciesId, node.getChildNode1()
629                             .getAllExternalDescendants() ) );
630                 }
631             }
632         }
633         return v;
634     }
635
636     public Collection<SequenceRelation.SEQUENCE_RELATION_TYPE> getRelevantSequenceRelationTypes() {
637         if ( _relevant_sequence_relation_types == null ) {
638             _relevant_sequence_relation_types = new Vector<SEQUENCE_RELATION_TYPE>();
639         }
640         return _relevant_sequence_relation_types;
641     }
642
643     /**
644      * Returns the root PhylogenyNode of this Phylogeny.
645      */
646     public PhylogenyNode getRoot() {
647         return _root;
648     }
649
650     public Collection<Sequence> getSequenceRelationQueries() {
651         return _sequenceRelationQueries;
652     }
653
654     public String getType() {
655         return _type;
656     }
657
658     /**
659      * Deletes this Phylogeny.
660      */
661     public void init() {
662         _root = null;
663         _rooted = false;
664         _name = "";
665         _description = "";
666         _type = "";
667         _distance_unit = "";
668         _id_to_node_map = null;
669         _confidence = null;
670         _identifier = null;
671         _rerootable = true;
672         setAllowMultipleParents( Phylogeny.ALLOW_MULTIPLE_PARENTS_DEFAULT );
673     }
674
675     /**
676      * Returns whether this is a completely binary tree (i.e. all internal nodes
677      * are bifurcations).
678      * 
679      */
680     public boolean isCompletelyBinary() {
681         if ( isEmpty() ) {
682             return false;
683         }
684         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
685             final PhylogenyNode node = iter.next();
686             if ( node.isInternal() && ( node.getNumberOfDescendants() != 2 ) ) {
687                 return false;
688             }
689         }
690         return true;
691     }
692
693     /**
694      * Checks whether a Phylogeny object is deleted (or empty).
695      * 
696      * @return true if the tree is deleted (or empty), false otherwise
697      */
698     public boolean isEmpty() {
699         return ( getRoot() == null );
700     }
701
702     public boolean isRerootable() {
703         return _rerootable;
704     }
705
706     /**
707      * Returns true is this Phylogeny is rooted.
708      */
709     public boolean isRooted() {
710         return _rooted;
711     } // isRooted()
712
713     public boolean isTree() {
714         return true;
715     }
716
717     public PhylogenyNodeIterator iteratorExternalForward() {
718         return new ExternalForwardIterator( this );
719     }
720
721     public PhylogenyNodeIterator iteratorLevelOrder() {
722         return new LevelOrderTreeIterator( this );
723     }
724
725     public PhylogenyNodeIterator iteratorPostorder() {
726         return new PostorderTreeIterator( this );
727     }
728
729     public PhylogenyNodeIterator iteratorPreorder() {
730         return new PreorderTreeIterator( this );
731     }
732
733     /**
734      * Resets the ID numbers of the nodes of this Phylogeny in level order,
735      * starting with start_label (for the root). <br>
736      * WARNING. After this method has been called, node IDs are no longer
737      * unique. 
738      */
739     public void levelOrderReID() {
740         if ( isEmpty() ) {
741             return;
742         }
743         _id_to_node_map = null;
744         long max = 0;
745         for( final PhylogenyNodeIterator it = iteratorPreorder(); it.hasNext(); ) {
746             final PhylogenyNode node = it.next();
747             if ( node.isRoot() ) {
748                 node.setId( PhylogenyNode.getNodeCount() );
749             }
750             else {
751                 node.setId( node.getParent().getId() + 1 );
752                 if ( node.getId() > max ) {
753                     max = node.getId();
754                 }
755             }
756         }
757         PhylogenyNode.setNodeCount( max + 1 );
758     }
759
760     /**
761      * Prints descriptions of all external Nodes of this Phylogeny to
762      * System.out.
763      */
764     public void printExtNodes() {
765         if ( isEmpty() ) {
766             return;
767         }
768         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorExternalForward(); iter.hasNext(); ) {
769             System.out.println( iter.next() + "\n" );
770         }
771     }
772
773     /**
774      * (Re)counts the number of children for each PhylogenyNode of this
775      * Phylogeny. As an example, this method needs to be called after a
776      * Phylogeny has been reRooted and it is to be displayed.
777      * 
778      * @param consider_collapsed_nodes
779      *            set to true to take into account collapsed nodes (collapsed
780      *            nodes have 1 child).
781      */
782     public void recalculateNumberOfExternalDescendants( final boolean consider_collapsed_nodes ) {
783         if ( isEmpty() ) {
784             return;
785         }
786         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPostorder(); iter.hasNext(); ) {
787             final PhylogenyNode node = iter.next();
788             if ( node.isExternal() || ( consider_collapsed_nodes && node.isCollapse() ) ) {
789                 node.setSumExtNodes( 1 );
790             }
791             else {
792                 int sum = 0;
793                 for( int i = 0; i < node.getNumberOfDescendants(); ++i ) {
794                     sum += node.getChildNode( i ).getNumberOfExternalNodes();
795                 }
796                 node.setSumExtNodes( sum );
797             }
798         }
799     }
800
801     /**
802      * Places the root of this Phylogeny on the parent branch of the
803      * PhylogenyNode with a corresponding ID. The new root is always placed on
804      * the middle of the branch. If the resulting reRooted Phylogeny is to be
805      * used any further, in most cases the following methods have to be called
806      * on the resulting Phylogeny:
807      * <p>
808      * <li>recalculateNumberOfExternalDescendants(boolean)
809      * <li>recalculateAndReset()
810      * 
811      * @param id
812      *            ID (int) of PhylogenyNode of this Phylogeny
813      */
814     public void reRoot( final long id ) {
815         reRoot( getNode( id ) );
816     }
817
818     /**
819      * Places the root of this Phylogeny on Branch b. The new root is always
820      * placed on the middle of the branch b.
821      * 
822      */
823     public void reRoot( final PhylogenyBranch b ) {
824         final PhylogenyNode n1 = b.getFirstNode();
825         final PhylogenyNode n2 = b.getSecondNode();
826         if ( n1.isExternal() ) {
827             reRoot( n1 );
828         }
829         else if ( n2.isExternal() ) {
830             reRoot( n2 );
831         }
832         else if ( ( n2 == n1.getChildNode1() ) || ( n2 == n1.getChildNode2() ) ) {
833             reRoot( n2 );
834         }
835         else if ( ( n1 == n2.getChildNode1() ) || ( n1 == n2.getChildNode2() ) ) {
836             reRoot( n1 );
837         }
838         else if ( ( n1.getParent() != null ) && n1.getParent().isRoot()
839                 && ( ( n1.getParent().getChildNode1() == n2 ) || ( n1.getParent().getChildNode2() == n2 ) ) ) {
840             reRoot( n1 );
841         }
842         else {
843             throw new IllegalArgumentException( "reRoot( Branch b ): b is not a branch." );
844         }
845     }
846
847     /**
848      * Places the root of this Phylogeny on the parent branch PhylogenyNode n.
849      * The new root is always placed on the middle of the branch.
850      * <p>
851      * If the resulting reRooted Phylogeny is to be used any further, in most
852      * cases the following three methods have to be called on the resulting
853      * Phylogeny:
854      * <ul>
855      * <li>recalculateNumberOfExternalDescendants(boolean) <li>recalculateAndReset()
856      * </ul>
857      * <p>
858      * (Last modified: 10/01/01)
859      * 
860      * @param n
861      *            PhylogenyNode of this Phylogeny\
862      */
863     public void reRoot( final PhylogenyNode n ) {
864         reRoot( n, -1 );
865     }
866
867     public void reRoot( final PhylogenyNode n, final double distance_n_to_parent ) {
868         if ( isEmpty() || ( getNumberOfExternalNodes() < 2 ) ) {
869             return;
870         }
871         setRooted( true );
872         if ( n.isRoot() ) {
873             return;
874         }
875         else if ( n.getParent().isRoot() ) {
876             if ( ( n.getParent().getNumberOfDescendants() == 2 ) && ( distance_n_to_parent >= 0 ) ) {
877                 final double d = n.getParent().getChildNode1().getDistanceToParent()
878                         + n.getParent().getChildNode2().getDistanceToParent();
879                 PhylogenyNode other;
880                 if ( n.getChildNodeIndex() == 0 ) {
881                     other = n.getParent().getChildNode2();
882                 }
883                 else {
884                     other = n.getParent().getChildNode1();
885                 }
886                 n.setDistanceToParent( distance_n_to_parent );
887                 final double dm = d - distance_n_to_parent;
888                 if ( dm >= 0 ) {
889                     other.setDistanceToParent( dm );
890                 }
891                 else {
892                     other.setDistanceToParent( 0 );
893                 }
894             }
895             if ( n.getParent().getNumberOfDescendants() > 2 ) {
896                 final int index = n.getChildNodeIndex();
897                 final double dn = n.getDistanceToParent();
898                 final PhylogenyNode prev_root = getRoot();
899                 prev_root.getDescendants().remove( index );
900                 final PhylogenyNode new_root = new PhylogenyNode();
901                 new_root.setChildNode( 0, n );
902                 new_root.setChildNode( 1, prev_root );
903                 if ( n.getBranchDataDirectly() != null ) {
904                     prev_root.setBranchData( ( BranchData ) n.getBranchDataDirectly().copy() );
905                 }
906                 setRoot( new_root );
907                 if ( distance_n_to_parent >= 0 ) {
908                     n.setDistanceToParent( distance_n_to_parent );
909                     final double d = dn - distance_n_to_parent;
910                     if ( d >= 0 ) {
911                         prev_root.setDistanceToParent( d );
912                     }
913                     else {
914                         prev_root.setDistanceToParent( 0 );
915                     }
916                 }
917                 else {
918                     if ( dn >= 0 ) {
919                         final double d = dn / 2.0;
920                         n.setDistanceToParent( d );
921                         prev_root.setDistanceToParent( d );
922                     }
923                 }
924             }
925         }
926         else {
927             PhylogenyNode a = n;
928             PhylogenyNode b = null;
929             PhylogenyNode c = null;
930             final PhylogenyNode new_root = new PhylogenyNode();
931             double distance1 = 0.0;
932             double distance2 = 0.0;
933             BranchData branch_data_1 = null;
934             BranchData branch_data_2 = null;
935             b = a.getParent();
936             c = b.getParent();
937             new_root.setChildNode( 0, a );
938             new_root.setChildNode( 1, b );
939             distance1 = c.getDistanceToParent();
940             if ( c.getBranchDataDirectly() != null ) {
941                 branch_data_1 = ( BranchData ) c.getBranchDataDirectly().copy();
942             }
943             c.setDistanceToParent( b.getDistanceToParent() );
944             if ( b.getBranchDataDirectly() != null ) {
945                 c.setBranchData( ( BranchData ) b.getBranchDataDirectly().copy() );
946             }
947             if ( a.getBranchDataDirectly() != null ) {
948                 b.setBranchData( ( BranchData ) a.getBranchDataDirectly().copy() );
949             }
950             // New root is always placed in the middle of the branch:
951             if ( a.getDistanceToParent() == PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT ) {
952                 b.setDistanceToParent( PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT );
953             }
954             else {
955                 if ( distance_n_to_parent >= 0.0 ) {
956                     final double diff = a.getDistanceToParent() - distance_n_to_parent;
957                     a.setDistanceToParent( distance_n_to_parent );
958                     b.setDistanceToParent( diff >= 0.0 ? diff : 0.0 );
959                 }
960                 else {
961                     final double d = a.getDistanceToParent() / 2.0;
962                     a.setDistanceToParent( d );
963                     b.setDistanceToParent( d );
964                 }
965             }
966             b.setChildNodeOnly( a.getChildNodeIndex( b ), c );
967             // moving to the old root, swapping references:
968             while ( !c.isRoot() ) {
969                 a = b;
970                 b = c;
971                 c = c.getParent();
972                 b.setChildNodeOnly( a.getChildNodeIndex( b ), c );
973                 b.setParent( a );
974                 distance2 = c.getDistanceToParent();
975                 branch_data_2 = c.getBranchDataDirectly();
976                 c.setDistanceToParent( distance1 );
977                 c.setBranchData( branch_data_1 );
978                 distance1 = distance2;
979                 branch_data_1 = branch_data_2;
980             }
981             // removing the old root:
982             if ( c.getNumberOfDescendants() == 2 ) {
983                 final PhylogenyNode node = c.getChildNode( 1 - b.getChildNodeIndex( c ) );
984                 node.setParent( b );
985                 if ( ( c.getDistanceToParent() == PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT )
986                         && ( node.getDistanceToParent() == PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT ) ) {
987                     node.setDistanceToParent( PhylogenyDataUtil.BRANCH_LENGTH_DEFAULT );
988                 }
989                 else {
990                     node.setDistanceToParent( ( c.getDistanceToParent() >= 0.0 ? c.getDistanceToParent() : 0.0 )
991                             + ( node.getDistanceToParent() >= 0.0 ? node.getDistanceToParent() : 0.0 ) );
992                 }
993                 if ( c.getBranchDataDirectly() != null ) {
994                     node.setBranchData( ( BranchData ) c.getBranchDataDirectly().copy() );
995                 }
996                 for( int i = 0; i < b.getNumberOfDescendants(); ++i ) {
997                     if ( b.getChildNode( i ) == c ) {
998                         b.setChildNodeOnly( i, node );
999                         break;
1000                     }
1001                 }
1002             }
1003             else {
1004                 c.setParent( b );
1005                 c.removeChildNode( b.getChildNodeIndex( c ) );
1006             }
1007             setRoot( new_root );
1008         }
1009     }
1010
1011     /**
1012      * Sets all Nodes of this Phylogeny to not-collapsed.
1013      * <p>
1014      * In most cases methods adjustNodeCount(false) and recalculateAndReset()
1015      * need to be called after this method has been called.
1016      */
1017     public void setAllNodesToNotCollapse() {
1018         if ( isEmpty() ) {
1019             return;
1020         }
1021         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
1022             final PhylogenyNode node = iter.next();
1023             node.setCollapse( false );
1024         }
1025     }
1026
1027     public void setConfidence( final Confidence confidence ) {
1028         _confidence = confidence;
1029     }
1030
1031     public void setDescription( final String description ) {
1032         _description = description;
1033     }
1034
1035     public void setDistanceUnit( final String _distance_unit ) {
1036         this._distance_unit = _distance_unit;
1037     }
1038
1039     public void setIdentifier( final Identifier identifier ) {
1040         _identifier = identifier;
1041     }
1042
1043     public void setIdToNodeMap( final HashMap<Long, PhylogenyNode> idhash ) {
1044         _id_to_node_map = idhash;
1045     }
1046
1047     /**
1048      * Sets the indicators of all Nodes of this Phylogeny to 0.
1049      */
1050     public void setIndicatorsToZero() {
1051         if ( isEmpty() ) {
1052             return;
1053         }
1054         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
1055             iter.next().setIndicator( ( byte ) 0 );
1056         }
1057     } // setIndicatorsToZero()
1058
1059     /**
1060      * Sets the name of this Phylogeny to s.
1061      */
1062     public void setName( final String s ) {
1063         _name = s;
1064     }
1065
1066     public void setRelevantSequenceRelationTypes( final Collection<SequenceRelation.SEQUENCE_RELATION_TYPE> types ) {
1067         _relevant_sequence_relation_types = types;
1068     }
1069
1070     public void setRerootable( final boolean rerootable ) {
1071         _rerootable = rerootable;
1072     }
1073
1074     public void setRoot( final PhylogenyNode n ) {
1075         _root = n;
1076     }
1077
1078     /**
1079      * Sets whether this Phylogeny is rooted or not.
1080      */
1081     public void setRooted( final boolean b ) {
1082         _rooted = b;
1083     } // setRooted( boolean )
1084
1085     public void setSequenceRelationQueries( final Collection<Sequence> sequencesByName ) {
1086         _sequenceRelationQueries = sequencesByName;
1087     }
1088
1089     public void setType( final String type ) {
1090         _type = type;
1091     }
1092
1093     public String toNewHampshire() {
1094         return toNewHampshire( false, NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE.NONE );
1095     }
1096
1097     public String toNewHampshire( final boolean simple_nh,
1098                                   final NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE nh_conversion_support_style ) {
1099         try {
1100             return new PhylogenyWriter().toNewHampshire( this, simple_nh, true, nh_conversion_support_style )
1101                     .toString();
1102         }
1103         catch ( final IOException e ) {
1104             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1105         }
1106     }
1107
1108     public String toNewHampshireX() {
1109         try {
1110             return new PhylogenyWriter().toNewHampshireX( this ).toString();
1111         }
1112         catch ( final IOException e ) {
1113             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1114         }
1115     }
1116
1117     public String toNexus() {
1118         return toNexus( NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE.NONE );
1119     }
1120
1121     public String toNexus( final NH_CONVERSION_SUPPORT_VALUE_STYLE svs ) {
1122         try {
1123             return new PhylogenyWriter().toNexus( this, svs ).toString();
1124         }
1125         catch ( final IOException e ) {
1126             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1127         }
1128     }
1129
1130     public String toPhyloXML( final int phyloxml_level ) {
1131         try {
1132             return new PhylogenyWriter().toPhyloXML( this, phyloxml_level ).toString();
1133         }
1134         catch ( final IOException e ) {
1135             throw new Error( "this should not have happend: " + e.getMessage() );
1136         }
1137     }
1138
1139     // ---------------------------------------------------------
1140     // Writing of Phylogeny to Strings
1141     // ---------------------------------------------------------
1142     /**
1143      * Converts this Phylogeny to a New Hampshire X (String) representation.
1144      * 
1145      * @return New Hampshire X (String) representation of this
1146      * @see #toNewHampshireX()
1147      */
1148     @Override
1149     public String toString() {
1150         return toNewHampshireX();
1151     }
1152
1153     /**
1154      * Removes the root PhylogenyNode this Phylogeny.
1155      */
1156     public void unRoot() throws RuntimeException {
1157         if ( !isTree() ) {
1158             throw new FailedConditionCheckException( "Attempt to unroot a phylogeny which is not tree-like." );
1159         }
1160         if ( isEmpty() ) {
1161             return;
1162         }
1163         setIndicatorsToZero();
1164         if ( !isRooted() || ( getNumberOfExternalNodes() <= 1 ) ) {
1165             return;
1166         }
1167         setRooted( false );
1168         return;
1169     } // unRoot()
1170
1171     private HashMap<Long, PhylogenyNode> getIdToNodeMap() {
1172         return _id_to_node_map;
1173     }
1174
1175     /**
1176      * Return Node by TaxonomyId Olivier CHABROL :
1177      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
1178      * 
1179      * @param taxonomyID
1180      *            search taxonomy identifier
1181      * @param nodes
1182      *            sublist node to search
1183      * @return List node with the same taxonomy identifier
1184      */
1185     private List<PhylogenyNode> getNodeByTaxonomyID( final String taxonomyID, final List<PhylogenyNode> nodes ) {
1186         final List<PhylogenyNode> retour = new ArrayList<PhylogenyNode>();
1187         for( final PhylogenyNode node : nodes ) {
1188             if ( taxonomyID.equals( PhylogenyMethods.getTaxonomyIdentifier( node ) ) ) {
1189                 retour.add( node );
1190             }
1191         }
1192         return retour;
1193     }
1194
1195     /**
1196      * List all species contains in all leaf under a node Olivier CHABROL :
1197      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
1198      * 
1199      * @param node
1200      *            PhylogenyNode whose sub node species are returned
1201      * @return species contains in all leaf under the param node
1202      */
1203     private List<String> getSubNodeTaxonomy( final PhylogenyNode node ) {
1204         final List<String> taxonomyList = new ArrayList<String>();
1205         final List<PhylogenyNode> childs = node.getAllExternalDescendants();
1206         String speciesId = null;
1207         for( final PhylogenyNode phylogenyNode : childs ) {
1208             // taxId = new Long(phylogenyNode.getTaxonomyID());
1209             speciesId = PhylogenyMethods.getTaxonomyIdentifier( phylogenyNode );
1210             if ( !taxonomyList.contains( speciesId ) ) {
1211                 taxonomyList.add( speciesId );
1212             }
1213         }
1214         return taxonomyList;
1215     }
1216
1217     /**
1218      * Create a map [<PhylogenyNode, List<String>], the list contains the
1219      * species contains in all leaf under phylogeny node Olivier CHABROL :
1220      * olivier.chabrol@univ-provence.fr
1221      * 
1222      * @param node
1223      *            the tree root node
1224      * @param map
1225      *            map to fill
1226      */
1227     private void getTaxonomyMap( final PhylogenyNode node, final Map<PhylogenyNode, List<String>> map ) {
1228         // node is leaf
1229         if ( node.isExternal() ) {
1230             return;
1231         }
1232         map.put( node, getSubNodeTaxonomy( node ) );
1233         getTaxonomyMap( node.getChildNode1(), map );
1234         getTaxonomyMap( node.getChildNode2(), map );
1235     }
1236
1237     private boolean isAllowMultipleParents() {
1238         return _allow_multiple_parents;
1239     }
1240
1241     /**
1242      * Util method to check if all element of a list is contains in the
1243      * rangeList. Olivier CHABROL : olivier.chabrol@univ-provence.fr
1244      * 
1245      * @param list
1246      *            list to be check
1247      * @param rangeList
1248      *            the range list to compare
1249      * @return <code>true</code> if all param list element are contains in param
1250      *         rangeList, <code>false</code> otherwise.
1251      */
1252     private boolean isContains( final List<String> list, final List<String> rangeList ) {
1253         if ( list.size() > rangeList.size() ) {
1254             return false;
1255         }
1256         String l = null;
1257         for( final Iterator<String> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext(); ) {
1258             l = iterator.next();
1259             if ( !rangeList.contains( l ) ) {
1260                 return false;
1261             }
1262         }
1263         return true;
1264     }
1265
1266     /**
1267      * Hashes the ID number of each PhylogenyNode of this Phylogeny to its
1268      * corresponding PhylogenyNode, in order to make method getNode( id ) run in
1269      * constant time. Important: The user is responsible for calling this method
1270      * (again) after this Phylogeny has been changed/created/renumbered.
1271      */
1272     private void reHashIdToNodeMap() {
1273         if ( isEmpty() ) {
1274             return;
1275         }
1276         setIdToNodeMap( new HashMap<Long, PhylogenyNode>() );
1277         for( final PhylogenyNodeIterator iter = iteratorPreorder(); iter.hasNext(); ) {
1278             final PhylogenyNode node = iter.next();
1279             getIdToNodeMap().put( node.getId(), node );
1280         }
1281     }
1282
1283     private void setAllowMultipleParents( final boolean allow_multiple_parents ) {
1284         _allow_multiple_parents = allow_multiple_parents;
1285     }
1286 }