inprogress
[jalview.git] / forester / java / src / org / forester / evoinference / distance / NeighborJoining.java
index b92d367..156d72e 100644 (file)
@@ -2,8 +2,7 @@
 // FORESTER -- software libraries and applications
 // for evolutionary biology research and applications.
 //
-// Copyright (C) 2008-2009 Christian M. Zmasek
-// Copyright (C) 2008-2009 Burnham Institute for Medical Research
+// Copyright (C) 2014 Christian M. Zmasek
 // All rights reserved
 //
 // This library is free software; you can redistribute it and/or
@@ -37,15 +36,17 @@ import org.forester.util.ForesterUtil;
 
 public final class NeighborJoining {
 
+    private final static DecimalFormat     DF = new DecimalFormat( "0.00000" );
     private BasicSymmetricalDistanceMatrix _d;
     private double[][]                     _d_values;
-    private double[][]                     _m_values;
-    private double[]                       _r;
-    private int                            _n;
+    private final DecimalFormat            _df;
     private PhylogenyNode[]                _external_nodes;
     private int[]                          _mappings;
+    private int                            _n;
+    private double[]                       _r;
     private final boolean                  _verbose;
-    private final DecimalFormat            _df;
+    private int                            _min_i;
+    private int                            _min_j;
 
     private NeighborJoining() {
         _verbose = false;
@@ -63,88 +64,19 @@ public final class NeighborJoining {
         _df.setRoundingMode( RoundingMode.HALF_UP );
     }
 
-    private final void printM() {
-        System.out.println( "M:" );
-        for( final double[] _m_value : _m_values ) {
-            for( int j = 0; j < _m_values.length; j++ ) {
-                System.out.print( _m_value[ j ] );
-                System.out.print( " " );
-            }
-            System.out.println();
-        }
-        System.out.println();
-    }
-
-    private final void printD() {
-        System.out.println( "D:" );
-        for( final double[] _d_value : _d_values ) {
-            for( int j = 0; j < _d_values.length; j++ ) {
-                System.out.print( _d_value[ j ] );
-                System.out.print( " " );
-            }
-            System.out.println();
-        }
-        System.out.println();
-    }
-
-    private final void calculateDistancesFromNewNode( final int otu1, final int otu2, final double d ) {
-        // final int otu1_m = _mappings[ otu1 ];
-        // final int otu2_m = _mappings[ otu2 ];
-        //  int i_m;
-        for( int i = 0; i < _n; ++i ) {
-            if ( ( i == otu1 ) || ( i == otu2 ) ) {
-                continue;
-            }
-            if ( otu1 < i ) {
-                _d_values[ _mappings[ otu1 ] ][ _mappings[ i ] ] = ( getValueFromD( otu1, i ) + getValueFromD( i, otu2 ) - d ) / 2;
-            }
-            else {
-                _d_values[ _mappings[ i ] ][ _mappings[ otu1 ] ] = ( getValueFromD( otu1, i ) + getValueFromD( i, otu2 ) - d ) / 2;
-            }
-            //i_m = _mappings[ i ];
-            //_d_values[ otu1_m ][ i_m ] = ( ( _d_values[ otu1_m ][ i_m ] + _d_values[ i_m ][ otu2_m ] ) - 2 ) / 2;
-        }
-    }
-
-    private final void calculateNetDivergences() {
-        double d;
-        //  int i_m;
-        for( int i = 0; i < _n; ++i ) {
-            d = 0;
-            //i_m = _mappings[ i ];
-            for( int n = 0; n < _n; ++n ) {
-                //d += _d_values[ i_m ][ _mappings[ n ] ];
-                if ( i != n ) {
-                    d += getValueFromD( i, n );
-                }
-            }
-            _r[ i ] = d;
-        }
-    }
-
     public final Phylogeny execute( final BasicSymmetricalDistanceMatrix distance ) {
         reset( distance );
         final Phylogeny phylogeny = new Phylogeny();
         while ( _n > 2 ) {
-            updateM();
             // Calculates the minimal distance.
             // If more than one minimal distances, always the first found is used
-            // could randomize this, so that any would be returned in a randomized fashion...
-            double minimum = _m_values[ 0 ][ 1 ];
-            int otu1 = 0;
-            int otu2 = 1;
-            for( int j = 1; j < _n; ++j ) {
-                for( int i = 0; i < j; ++i ) {
-                    if ( _m_values[ i ][ j ] < minimum ) {
-                        minimum = _m_values[ i ][ j ];
-                        otu1 = i;
-                        otu2 = j;
-                    }
-                }
-            }
+            updateM();
+            final int otu1 = _min_i;
+            final int otu2 = _min_j;
+            //System.out.println( _min_i + " " + _min_j );
             // It is a condition that otu1 < otu2.
             final PhylogenyNode node = new PhylogenyNode();
-            final double d = getValueFromD( otu1, otu2 );
+            final double d = _d_values[ _mappings[ otu1 ] ][ _mappings[ otu2 ] ];
             final double d1 = ( d / 2 ) + ( ( _r[ otu1 ] - _r[ otu2 ] ) / ( 2 * ( _n - 2 ) ) );
             final double d2 = d - d1;
             if ( _df == null ) {
@@ -166,7 +98,7 @@ public final class NeighborJoining {
             updateMappings( otu2 );
             --_n;
         }
-        final double d = getValueFromD( 0, 1 ) / 2;
+        final double d = _d_values[ _mappings[ 0 ] ][ _mappings[ 1 ] ] / 2;
         if ( _df == null ) {
             getExternalPhylogenyNode( 0 ).setDistanceToParent( d );
             getExternalPhylogenyNode( 1 ).setDistanceToParent( d );
@@ -195,15 +127,59 @@ public final class NeighborJoining {
         return pl;
     }
 
-    private final PhylogenyNode getExternalPhylogenyNode( final int i ) {
-        return _external_nodes[ _mappings[ i ] ];
+    private final void calculateDistancesFromNewNode( final int otu1, final int otu2, final double d ) {
+        final int m_otu1 = _mappings[ otu1 ];
+        final int m_otu2 = _mappings[ otu2 ];
+        for( int i = 0; i < _n; ++i ) {
+            if ( ( i == otu1 ) || ( i == otu2 ) ) {
+                continue;
+            }
+            final int m_i = _mappings[ i ];
+            if ( otu1 < i ) {
+                if ( otu2 > i ) {
+                    _d_values[ m_otu1 ][ m_i ] = ( _d_values[ m_otu1 ][ m_i ] + _d_values[ m_i ][ m_otu2 ] - d ) / 2;
+                    //System.out.print( DF.format( _d_values[ m_otu1 ][ m_i ] ) );
+                }
+                else {
+                    _d_values[ m_otu1 ][ m_i ] = ( _d_values[ m_otu1 ][ m_i ] + _d_values[ m_otu2 ][ m_i ] - d ) / 2;
+                    //System.out.print( DF.format( _d_values[ m_otu1 ][ m_i ] ) );
+                }
+            }
+            else {
+                if ( otu2 > i ) {
+                    _d_values[ m_i ][ m_otu1 ] = ( _d_values[ m_i ][ m_otu1 ] + _d_values[ m_i ][ m_otu2 ] - d ) / 2;
+                    //System.out.print( DF.format( _d_values[ m_i ][ m_otu1 ] ) );
+                }
+                else {
+                    _d_values[ m_i ][ m_otu1 ] = ( _d_values[ m_i ][ m_otu1 ] + _d_values[ m_otu2 ][ m_i ] - d ) / 2;
+                    // System.out.print( DF.format( _d_values[ m_otu1 ][ m_i ] ) );
+                }
+            }
+            //System.out.print( " " );
+        }
     }
 
-    private final double getValueFromD( final int otu1, final int otu2 ) {
-        if ( otu1 > otu2 ) {
-            return _d_values[ _mappings[ otu2 ] ][ _mappings[ otu1 ] ];
+    private final void calculateNetDivergences() {
+        double d;
+        for( int i = 0; i < _n; ++i ) {
+            d = 0;
+            final int m_i = _mappings[ i ];
+            for( int n = 0; n < _n; ++n ) {
+                if ( i != n ) {
+                    if ( i > n ) {
+                        d += _d_values[ _mappings[ n ] ][ m_i ];
+                    }
+                    else {
+                        d += _d_values[ m_i ][ _mappings[ n ] ];
+                    }
+                }
+            }
+            _r[ i ] = d;
         }
-        return _d_values[ _mappings[ otu1 ] ][ _mappings[ otu2 ] ];
+    }
+
+    private final PhylogenyNode getExternalPhylogenyNode( final int i ) {
+        return _external_nodes[ _mappings[ i ] ];
     }
 
     private final void initExternalNodes() {
@@ -216,17 +192,31 @@ public final class NeighborJoining {
                 _external_nodes[ i ].setName( id );
             }
             else {
-                _external_nodes[ i ].setName( "" + i );
+                _external_nodes[ i ].setName( Integer.toString( i ) );
             }
             _mappings[ i ] = i;
         }
     }
 
     private final void printProgress( final int otu1, final int otu2 ) {
-        final PhylogenyNode n1 = getExternalPhylogenyNode( otu1 );
-        final PhylogenyNode n2 = getExternalPhylogenyNode( otu2 );
-        System.out.println( "Node " + ( ForesterUtil.isEmpty( n1.getName() ) ? n1.getId() : n1.getName() ) + " joins "
-                + ( ForesterUtil.isEmpty( n2.getName() ) ? n2.getId() : n2.getName() ) );
+        System.out.println( "Node " + printProgressNodeToString( getExternalPhylogenyNode( otu1 ) ) + " joins "
+                + ( printProgressNodeToString( getExternalPhylogenyNode( otu2 ) ) ) );
+    }
+
+    private final String printProgressNodeToString( final PhylogenyNode n ) {
+        if ( n.isExternal() ) {
+            if ( ForesterUtil.isEmpty( n.getName() ) ) {
+                return Long.toString( n.getId() );
+            }
+            return n.getName();
+        }
+        return n.getId()
+                + " ("
+                + ( ForesterUtil.isEmpty( n.getChildNode1().getName() ) ? n.getChildNode1().getId() : n.getChildNode1()
+                        .getName() )
+                + "+"
+                + ( ForesterUtil.isEmpty( n.getChildNode2().getName() ) ? n.getChildNode2().getId() : n.getChildNode2()
+                        .getName() ) + ")";
     }
 
     // only the values in the lower triangle are used.
@@ -237,23 +227,38 @@ public final class NeighborJoining {
         _r = new double[ _n ];
         _mappings = new int[ _n ];
         _d_values = _d.getValues();
-        _m_values = new double[ _n ][ _n ];
         initExternalNodes();
     }
 
     private final void updateM() {
         calculateNetDivergences();
-        final double r_j;
-        final int j_m;
-        final int _n_2 = _n - 2;
+        Double min = Double.MAX_VALUE;
+        _min_i = -1;
+        _min_j = -1;
+        final int n_minus_2 = _n - 2;
         for( int j = 1; j < _n; ++j ) {
-            //r_j = _r[ j ];
-            // j_m = _mappings[ j ];
+            final double r_j = _r[ j ];
+            final int m_j = _mappings[ j ];
             for( int i = 0; i < j; ++i ) {
-                _m_values[ i ][ j ] = getValueFromD( i, j ) - ( ( _r[ i ] + _r[ j ] ) / ( _n - 2 ) );
-                //_m_values[ i ][ j ] = _d_values[ _mappings[ i ] ][ j_m ] - ( ( _r[ i ] + r_j ) / ( _n_2 ) );
+                final double m = _d_values[ _mappings[ i ] ][ m_j ] - ( ( _r[ i ] + r_j ) / n_minus_2 );
+                if ( m < min ) {
+                    min = m;
+                    _min_i = i;
+                    _min_j = j;
+                }
             }
         }
+        //        for( int j = 1; j < _n; ++j ) {
+        //            final double r_j = _r[ j ];
+        //            final int m_j = _mappings[ j ];
+        //            for( int i = 0; i < j; ++i ) {
+        //                System.out.print( i );
+        //                System.out.print( "->" );
+        //                System.out.print( DF.format( _r[ i ] ) );
+        //                System.out.print( "  " );
+        //            }
+        //            System.out.println();
+        //        }
     }
 
     // otu2 will, in effect, be "deleted" from the matrix.