JAL-2738 getGeneLoci promoted to SequenceI
[jalview.git] / src / jalview / datamodel / Sequence.java
index d7ac7a7..5d8a3ef 100755 (executable)
@@ -31,9 +31,11 @@ import jalview.util.StringUtils;
 
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Arrays;
+import java.util.BitSet;
 import java.util.Collections;
 import java.util.Enumeration;
 import java.util.List;
+import java.util.ListIterator;
 import java.util.Vector;
 
 import com.stevesoft.pat.Regex;
@@ -89,6 +91,23 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
 
   private SequenceFeatures sequenceFeatureStore;
 
+  /*
+   * A cursor holding the approximate current view position to the sequence,
+   * as determined by findIndex or findPosition or findPositions.
+   * Using a cursor as a hint allows these methods to be more performant for
+   * large sequences.
+   */
+  private SequenceCursor cursor;
+
+  /*
+   * A number that should be incremented whenever the sequence is edited.
+   * If the value matches the cursor token, then we can trust the cursor,
+   * if not then it should be recomputed. 
+   */
+  private int changeCount;
+
+  private GeneLoci geneLoci;
+
   /**
    * Creates a new Sequence object.
    * 
@@ -138,8 +157,8 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   {
     if (name == null)
     {
-      System.err
-              .println("POSSIBLE IMPLEMENTATION ERROR: null sequence name passed to constructor.");
+      System.err.println(
+              "POSSIBLE IMPLEMENTATION ERROR: null sequence name passed to constructor.");
       name = "";
     }
     // Does sequence have the /start-end signature?
@@ -243,9 +262,8 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   protected void initSeqFrom(SequenceI seq,
           AlignmentAnnotation[] alAnnotation)
   {
-    char[] oseq = seq.getSequence();
-    initSeqAndName(seq.getName(), Arrays.copyOf(oseq, oseq.length),
-            seq.getStart(), seq.getEnd());
+    char[] oseq = seq.getSequence(); // returns a copy of the array
+    initSeqAndName(seq.getName(), oseq, seq.getStart(), seq.getEnd());
 
     description = seq.getDescription();
     if (seq != datasetSequence)
@@ -528,6 +546,7 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   {
     this.sequence = seq.toCharArray();
     checkValidRange();
+    sequenceChanged();
   }
 
   @Override
@@ -545,7 +564,9 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   @Override
   public char[] getSequence()
   {
-    return sequence;
+    // return sequence;
+    return sequence == null ? null : Arrays.copyOf(sequence,
+            sequence.length);
   }
 
   /*
@@ -626,21 +647,70 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   }
 
   /**
-   * DOCUMENT ME!
+   * Sets the sequence description, and also parses out any special formats of
+   * interest
    * 
    * @param desc
-   *          DOCUMENT ME!
    */
   @Override
   public void setDescription(String desc)
   {
     this.description = desc;
+    parseDescription();
   }
 
   /**
-   * DOCUMENT ME!
+   * Parses and saves fields of an Ensembl-style description e.g.
+   * chromosome:GRCh38:17:45051610:45109016:1
+   */
+  protected void parseDescription()
+  {
+    if (description == null)
+    {
+      return;
+    }
+    String[] tokens = description.split(":");
+    if (tokens.length == 6 && "chromosome".equals(tokens[0])) {
+      String ref = tokens[1];
+      String chrom = tokens[2];
+      try {
+        int chStart = Integer.parseInt(tokens[3]);
+        int chEnd = Integer.parseInt(tokens[4]);
+        boolean forwardStrand = "1".equals(tokens[5]);
+        String species = ""; // dunno yet!
+        int[] from = new int[] { start, end };
+        int[] to = new int[] { forwardStrand ? chStart : chEnd,
+            forwardStrand ? chEnd : chStart };
+        MapList map = new MapList(from, to, 1, 1);
+        GeneLoci gl = new GeneLoci(species, ref, chrom, map);
+        setGeneLoci(gl);
+      } catch (NumberFormatException e)
+      {
+        System.err.println("Bad integers in description " + description);
+      }
+    }
+  }
+
+  public void setGeneLoci(GeneLoci gl)
+  {
+    geneLoci = gl;
+  }
+
+  /**
+   * Returns the gene loci mapping for the sequence (may be null)
    * 
-   * @return DOCUMENT ME!
+   * @return
+   */
+  @Override
+  public GeneLoci getGeneLoci()
+  {
+    return geneLoci;
+  }
+
+  /**
+   * Answers the description
+   * 
+   * @return
    */
   @Override
   public String getDescription()
@@ -648,58 +718,370 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
     return this.description;
   }
 
-  /*
-   * (non-Javadoc)
-   * 
-   * @see jalview.datamodel.SequenceI#findIndex(int)
+  /**
+   * {@inheritDoc}
    */
   @Override
   public int findIndex(int pos)
   {
-    // returns the alignment position for a residue
+    /*
+     * use a valid, hopefully nearby, cursor if available
+     */
+    if (isValidCursor(cursor))
+    {
+      return findIndex(pos, cursor);
+    }
+
     int j = start;
     int i = 0;
-    // Rely on end being at least as long as the length of the sequence.
+    int startColumn = 0;
+
+    /*
+     * traverse sequence from the start counting gaps; make a note of
+     * the column of the first residue to save in the cursor
+     */
     while ((i < sequence.length) && (j <= end) && (j <= pos))
     {
-      if (!jalview.util.Comparison.isGap(sequence[i]))
+      if (!Comparison.isGap(sequence[i]))
       {
+        if (j == start)
+        {
+          startColumn = i;
+        }
         j++;
       }
-
       i++;
     }
 
-    if ((j == end) && (j < pos))
+    if (j == end && j < pos)
     {
       return end + 1;
     }
-    else
+
+    updateCursor(pos, i, startColumn);
+    return i;
+  }
+
+  /**
+   * Updates the cursor to the latest found residue and column position
+   * 
+   * @param residuePos
+   *          (start..)
+   * @param column
+   *          (1..)
+   * @param startColumn
+   *          column position of the first sequence residue
+   */
+  protected void updateCursor(int residuePos, int column, int startColumn)
+  {
+    /*
+     * preserve end residue column provided cursor was valid
+     */
+    int endColumn = isValidCursor(cursor) ? cursor.lastColumnPosition : 0;
+    if (residuePos == this.end)
     {
-      return i;
+      endColumn = column;
     }
+
+    cursor = new SequenceCursor(this, residuePos, column, startColumn,
+            endColumn, this.changeCount);
   }
 
+  /**
+   * Answers the aligned column position (1..) for the given residue position
+   * (start..) given a 'hint' of a residue/column location in the neighbourhood.
+   * The hint may be left of, at, or to the right of the required position.
+   * 
+   * @param pos
+   * @param curs
+   * @return
+   */
+  protected int findIndex(int pos, SequenceCursor curs)
+  {
+    if (!isValidCursor(curs))
+    {
+      /*
+       * wrong or invalidated cursor, compute de novo
+       */
+      return findIndex(pos);
+    }
+
+    if (curs.residuePosition == pos)
+    {
+      return curs.columnPosition;
+    }
+
+    /*
+     * move left or right to find pos from hint.position
+     */
+    int col = curs.columnPosition - 1; // convert from base 1 to 0-based array
+                                       // index
+    int newPos = curs.residuePosition;
+    int delta = newPos > pos ? -1 : 1;
+
+    while (newPos != pos)
+    {
+      col += delta; // shift one column left or right
+      if (col < 0 || col == sequence.length)
+      {
+        break;
+      }
+      if (!Comparison.isGap(sequence[col]))
+      {
+        newPos += delta;
+      }
+    }
+
+    col++; // convert back to base 1
+    updateCursor(pos, col, curs.firstColumnPosition);
+
+    return col;
+  }
+
+  /**
+   * {@inheritDoc}
+   */
   @Override
-  public int findPosition(int i)
+  public int findPosition(final int column)
   {
+    /*
+     * use a valid, hopefully nearby, cursor if available
+     */
+    if (isValidCursor(cursor))
+    {
+      return findPosition(column + 1, cursor);
+    }
+    
+    // TODO recode this more naturally i.e. count residues only
+    // as they are found, not 'in anticipation'
+
+    /*
+     * traverse the sequence counting gaps; note the column position
+     * of the first residue, to save in the cursor
+     */
+    int firstResidueColumn = 0;
+    int lastPosFound = 0;
+    int lastPosFoundColumn = 0;
+    int seqlen = sequence.length;
+
+    if (seqlen > 0 && !Comparison.isGap(sequence[0]))
+    {
+      lastPosFound = start;
+      lastPosFoundColumn = 0;
+    }
+
     int j = 0;
     int pos = start;
-    int seqlen = sequence.length;
-    while ((j < i) && (j < seqlen))
+
+    while (j < column && j < seqlen)
     {
-      if (!jalview.util.Comparison.isGap(sequence[j]))
+      if (!Comparison.isGap(sequence[j]))
       {
+        lastPosFound = pos;
+        lastPosFoundColumn = j;
+        if (pos == this.start)
+        {
+          firstResidueColumn = j;
+        }
         pos++;
       }
-
       j++;
     }
+    if (j < seqlen && !Comparison.isGap(sequence[j]))
+    {
+      lastPosFound = pos;
+      lastPosFoundColumn = j;
+      if (pos == this.start)
+      {
+        firstResidueColumn = j;
+      }
+    }
+
+    /*
+     * update the cursor to the last residue position found (if any)
+     * (converting column position to base 1)
+     */
+    if (lastPosFound != 0)
+    {
+      updateCursor(lastPosFound, lastPosFoundColumn + 1,
+              firstResidueColumn + 1);
+    }
 
     return pos;
   }
 
   /**
+   * Answers true if the given cursor is not null, is for this sequence object,
+   * and has a token value that matches this object's changeCount, else false.
+   * This allows us to ignore a cursor as 'stale' if the sequence has been
+   * modified since the cursor was created.
+   * 
+   * @param curs
+   * @return
+   */
+  protected boolean isValidCursor(SequenceCursor curs)
+  {
+    if (curs == null || curs.sequence != this || curs.token != changeCount)
+    {
+      return false;
+    }
+    /*
+     * sanity check against range
+     */
+    if (curs.columnPosition < 0 || curs.columnPosition > sequence.length)
+    {
+      return false;
+    }
+    if (curs.residuePosition < start || curs.residuePosition > end)
+    {
+      return false;
+    }
+    return true;
+  }
+
+  /**
+   * Answers the sequence position (start..) for the given aligned column
+   * position (1..), given a hint of a cursor in the neighbourhood. The cursor
+   * may lie left of, at, or to the right of the column position.
+   * 
+   * @param col
+   * @param curs
+   * @return
+   */
+  protected int findPosition(final int col, SequenceCursor curs)
+  {
+    if (!isValidCursor(curs))
+    {
+      /*
+       * wrong or invalidated cursor, compute de novo
+       */
+      return findPosition(col - 1);// ugh back to base 0
+    }
+
+    if (curs.columnPosition == col)
+    {
+      cursor = curs; // in case this method becomes public
+      return curs.residuePosition; // easy case :-)
+    }
+
+    if (curs.lastColumnPosition > 0 && curs.lastColumnPosition < col)
+    {
+      /*
+       * sequence lies entirely to the left of col
+       * - return last residue + 1
+       */
+      return end + 1;
+    }
+
+    if (curs.firstColumnPosition > 0 && curs.firstColumnPosition > col)
+    {
+      /*
+       * sequence lies entirely to the right of col
+       * - return first residue
+       */
+      return start;
+    }
+
+    // todo could choose closest to col out of column,
+    // firstColumnPosition, lastColumnPosition as a start point
+
+    /*
+     * move left or right to find pos from cursor position
+     */
+    int firstResidueColumn = curs.firstColumnPosition;
+    int column = curs.columnPosition - 1; // to base 0
+    int newPos = curs.residuePosition;
+    int delta = curs.columnPosition > col ? -1 : 1;
+    boolean gapped = false;
+    int lastFoundPosition = curs.residuePosition;
+    int lastFoundPositionColumn = curs.columnPosition;
+
+    while (column != col - 1)
+    {
+      column += delta; // shift one column left or right
+      if (column < 0 || column == sequence.length)
+      {
+        break;
+      }
+      gapped = Comparison.isGap(sequence[column]);
+      if (!gapped)
+      {
+        newPos += delta;
+        lastFoundPosition = newPos;
+        lastFoundPositionColumn = column + 1;
+        if (lastFoundPosition == this.start)
+        {
+          firstResidueColumn = column + 1;
+        }
+      }
+    }
+
+    if (cursor == null || lastFoundPosition != cursor.residuePosition)
+    {
+      updateCursor(lastFoundPosition, lastFoundPositionColumn,
+              firstResidueColumn);
+    }
+
+    /*
+     * hack to give position to the right if on a gap
+     * or beyond the length of the sequence (see JAL-2562)
+     */
+    if (delta > 0 && (gapped || column >= sequence.length))
+    {
+      newPos++;
+    }
+
+    return newPos;
+  }
+
+  /**
+   * {@inheritDoc}
+   */
+  @Override
+  public Range findPositions(int fromColumn, int toColumn)
+  {
+    if (toColumn < fromColumn || fromColumn < 1)
+    {
+      return null;
+    }
+
+    /*
+     * find the first non-gapped position, if any
+     */
+    int firstPosition = 0;
+    int col = fromColumn - 1;
+    int length = sequence.length;
+    while (col < length && col < toColumn)
+    {
+      if (!Comparison.isGap(sequence[col]))
+      {
+        firstPosition = findPosition(col++);
+        break;
+      }
+      col++;
+    }
+
+    if (firstPosition == 0)
+    {
+      return null;
+    }
+
+    /*
+     * find the last non-gapped position
+     */
+    int lastPosition = firstPosition;
+    while (col < length && col < toColumn)
+    {
+      if (!Comparison.isGap(sequence[col++]))
+      {
+        lastPosition++;
+      }
+    }
+
+    return new Range(firstPosition, lastPosition);
+  }
+
+  /**
    * Returns an int array where indices correspond to each residue in the
    * sequence and the element value gives its position in the alignment
    * 
@@ -783,6 +1165,40 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   }
 
   @Override
+  public BitSet getInsertionsAsBits()
+  {
+    BitSet map = new BitSet();
+    int lastj = -1, j = 0;
+    int pos = start;
+    int seqlen = sequence.length;
+    while ((j < seqlen))
+    {
+      if (jalview.util.Comparison.isGap(sequence[j]))
+      {
+        if (lastj == -1)
+        {
+          lastj = j;
+        }
+      }
+      else
+      {
+        if (lastj != -1)
+        {
+          map.set(lastj, j);
+          lastj = -1;
+        }
+      }
+      j++;
+    }
+    if (lastj != -1)
+    {
+      map.set(lastj, j);
+      lastj = -1;
+    }
+    return map;
+  }
+
+  @Override
   public void deleteChars(int i, int j)
   {
     int newstart = start, newend = end;
@@ -855,6 +1271,7 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
     start = newstart;
     end = newend;
     sequence = tmp;
+    sequenceChanged();
   }
 
   @Override
@@ -885,6 +1302,7 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
     }
 
     sequence = tmp;
+    sequenceChanged();
   }
 
   @Override
@@ -997,8 +1415,9 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   @Override
   public AlignmentAnnotation[] getAnnotation()
   {
-    return annotation == null ? null : annotation
-            .toArray(new AlignmentAnnotation[annotation.size()]);
+    return annotation == null ? null
+            : annotation
+                    .toArray(new AlignmentAnnotation[annotation.size()]);
   }
 
   @Override
@@ -1079,7 +1498,7 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
 
   private boolean _isNa;
 
-  private long _seqhash = 0;
+  private int _seqhash = 0;
 
   /**
    * Answers false if the sequence is more than 85% nucleotide (ACGTU), else
@@ -1110,8 +1529,9 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
   {
     if (datasetSequence == null)
     {
-      Sequence dsseq = new Sequence(getName(), AlignSeq.extractGaps(
-              jalview.util.Comparison.GapChars, getSequenceAsString()),
+      Sequence dsseq = new Sequence(getName(),
+              AlignSeq.extractGaps(jalview.util.Comparison.GapChars,
+                      getSequenceAsString()),
               getStart(), getEnd());
 
       datasetSequence = dsseq;
@@ -1253,7 +1673,7 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
       List<SequenceFeature> sfs = entry.getSequenceFeatures();
       for (SequenceFeature feature : sfs)
       {
-        SequenceFeature sf[] = (mp != null) ? mp.locateFeature(feature)
+       SequenceFeature sf[] = (mp != null) ? mp.locateFeature(feature)
                 : new SequenceFeature[] { new SequenceFeature(feature) };
         if (sf != null)
         {
@@ -1410,8 +1830,8 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
           }
         }
         // whilst it looks like it is a primary ref, we also sanity check type
-        if (DBRefUtils.getCanonicalName(DBRefSource.PDB).equals(
-                DBRefUtils.getCanonicalName(ref.getSource())))
+        if (DBRefUtils.getCanonicalName(DBRefSource.PDB)
+                .equals(DBRefUtils.getCanonicalName(ref.getSource())))
         {
           // PDB dbrefs imply there should be a PDBEntry associated
           // TODO: tighten PDB dbrefs
@@ -1443,13 +1863,93 @@ public class Sequence extends ASequence implements SequenceI
    * {@inheritDoc}
    */
   @Override
-  public List<SequenceFeature> findFeatures(int from, int to,
+  public List<SequenceFeature> findFeatures(int fromColumn, int toColumn,
           String... types)
   {
-    if (datasetSequence != null)
+    int startPos = findPosition(fromColumn - 1); // convert base 1 to base 0
+    int endPos = fromColumn == toColumn ? startPos
+            : findPosition(toColumn - 1);
+
+    List<SequenceFeature> result = getFeatures().findFeatures(startPos,
+            endPos, types);
+
+    /*
+     * if end column is gapped, endPos may be to the right, 
+     * and we may have included adjacent or enclosing features;
+     * remove any that are not enclosing, non-contact features
+     */
+    if (endPos > this.end || Comparison.isGap(sequence[toColumn - 1]))
+    {
+      ListIterator<SequenceFeature> it = result.listIterator();
+      while (it.hasNext())
+      {
+        SequenceFeature sf = it.next();
+        int sfBegin = sf.getBegin();
+        int sfEnd = sf.getEnd();
+        int featureStartColumn = findIndex(sfBegin);
+        if (featureStartColumn > toColumn)
+        {
+          it.remove();
+        }
+        else if (featureStartColumn < fromColumn)
+        {
+          int featureEndColumn = sfEnd == sfBegin ? featureStartColumn
+                  : findIndex(sfEnd);
+          if (featureEndColumn < fromColumn)
+          {
+            it.remove();
+          }
+          else if (featureEndColumn > toColumn && sf.isContactFeature())
+          {
+            /*
+             * remove an enclosing feature if it is a contact feature
+             */
+            it.remove();
+          }
+        }
+      }
+    }
+
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Invalidates any stale cursors (forcing recalculation) by incrementing the
+   * token that has to match the one presented by the cursor
+   */
+  @Override
+  public void sequenceChanged()
+  {
+    changeCount++;
+  }
+
+  /**
+   * {@inheritDoc}
+   */
+  @Override
+  public int replace(char c1, char c2)
+  {
+    if (c1 == c2)
     {
-      return datasetSequence.findFeatures(from, to, types);
+      return 0;
     }
-    return sequenceFeatureStore.findFeatures(from, to, types);
+    int count = 0;
+    synchronized (sequence)
+    {
+      for (int c = 0; c < sequence.length; c++)
+      {
+        if (sequence[c] == c1)
+        {
+          sequence[c] = c2;
+          count++;
+        }
+      }
+    }
+    if (count > 0)
+    {
+      sequenceChanged();
+    }
+
+    return count;
   }
 }