JAL-2403 further test coverage for ScoreMatrix, min/max getters
[jalview.git] / test / jalview / analysis / scoremodels / ScoreMatrixTest.java
index ae5ad5d..9c9e917 100644 (file)
@@ -1,15 +1,20 @@
 package jalview.analysis.scoremodels;
 
 import static org.testng.Assert.assertEquals;
+import static org.testng.Assert.assertFalse;
+import static org.testng.Assert.assertNotEquals;
 import static org.testng.Assert.assertNotNull;
 import static org.testng.Assert.assertNotSame;
+import static org.testng.Assert.assertNull;
 import static org.testng.Assert.assertTrue;
 import static org.testng.internal.junit.ArrayAsserts.assertArrayEquals;
 
+import jalview.api.analysis.SimilarityParamsI;
 import jalview.io.DataSourceType;
 import jalview.io.FileParse;
 import jalview.io.ScoreMatrixFile;
 import jalview.math.MatrixI;
+import jalview.schemes.ResidueProperties;
 
 import java.io.IOException;
 import java.net.MalformedURLException;
@@ -36,6 +41,8 @@ public class ScoreMatrixTest
     assertEquals(sm.getPairwiseScore('A', 'D'), 0f);
     assertEquals(sm.getMatrixIndex('c'), 2);
     assertEquals(sm.getMatrixIndex(' '), -1);
+
+    assertEquals(sm.getGapIndex(), -1); // no gap symbol
   }
 
   @Test(
@@ -74,7 +81,12 @@ public class ScoreMatrixTest
   @Test(groups = "Functional")
   public void testBuildSymbolIndex()
   {
-    short[] index = ScoreMatrix.buildSymbolIndex("AX-. yxYp".toCharArray());
+    float[][] scores = new float[2][];
+    scores[0] = new float[] { 1f, 2f };
+    scores[1] = new float[] { 3f, 4f };
+    ScoreMatrix sm = new ScoreMatrix("Test", new char[] { 'A', '.' },
+            scores);
+    short[] index = sm.buildSymbolIndex("AX-yxYp".toCharArray());
 
     assertEquals(index.length, 128); // ASCII character set size
 
@@ -82,12 +94,10 @@ public class ScoreMatrixTest
     assertEquals(index['a'], 0); // lower-case mapping added
     assertEquals(index['X'], 1);
     assertEquals(index['-'], 2);
-    assertEquals(index['.'], 3);
-    assertEquals(index[' '], 4);
-    assertEquals(index['y'], 5); // lower-case override
-    assertEquals(index['x'], 6); // lower-case override
-    assertEquals(index['Y'], 7);
-    assertEquals(index['p'], 8);
+    assertEquals(index['y'], 3); // lower-case override
+    assertEquals(index['x'], 4); // lower-case override
+    assertEquals(index['Y'], 5);
+    assertEquals(index['p'], 6);
     assertEquals(index['P'], -1); // lower-case doesn't map upper-case
 
     /*
@@ -108,8 +118,13 @@ public class ScoreMatrixTest
   @Test(groups = "Functional")
   public void testBuildSymbolIndex_nonAscii()
   {
+    float[][] scores = new float[2][];
+    scores[0] = new float[] { 1f, 2f };
+    scores[1] = new float[] { 3f, 4f };
+    ScoreMatrix sm = new ScoreMatrix("Test", new char[] { 'A', '.' },
+            scores);
     char[] weird = new char[] { 128, 245, 'P' };
-    short[] index = ScoreMatrix.buildSymbolIndex(weird);
+    short[] index = sm.buildSymbolIndex(weird);
     assertEquals(index.length, 128);
     assertEquals(index['P'], 2);
     assertEquals(index['p'], 2);
@@ -146,15 +161,22 @@ public class ScoreMatrixTest
     assertEquals(sm.getMatrixIndex('D'), 3);
     assertEquals(sm.getMatrixIndex('X'), 22);
     assertEquals(sm.getMatrixIndex('x'), 22);
-    assertEquals(sm.getMatrixIndex(' '), 23);
-    assertEquals(sm.getMatrixIndex('*'), 24);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex('-'), 23);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex('*'), -1);
     assertEquals(sm.getMatrixIndex('.'), -1);
-    assertEquals(sm.getMatrixIndex('-'), -1);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex(' '), -1);
     assertEquals(sm.getMatrixIndex('?'), -1);
     assertEquals(sm.getMatrixIndex((char) 128), -1);
   }
 
   @Test(groups = "Functional")
+  public void testGetGapIndex()
+  {
+    ScoreMatrix sm = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
+    assertEquals(sm.getGapIndex(), 23);
+  }
+
+  @Test(groups = "Functional")
   public void testGetSize()
   {
     ScoreMatrix sm = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
@@ -165,13 +187,12 @@ public class ScoreMatrixTest
   public void testComputePairwiseScores()
   {
     /*
-     * NB score matrix assumes space for gap - Jalview converts
-     * space to gap before computing PCA or Tree
+     * NB score matrix expects '-' for gap
      */
-    String[] seqs = new String[] { "FKL", "R D", "QIA", "GWC" };
+    String[] seqs = new String[] { "FKL", "R-D", "QIA", "GWC" };
     ScoreMatrix sm = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
 
-    MatrixI pairwise = sm.computePairwiseScores(seqs);
+    MatrixI pairwise = sm.findSimilarities(seqs, SimilarityParams.Jalview);
 
     /*
      * should be NxN where N = number of sequences
@@ -236,12 +257,337 @@ public class ScoreMatrixTest
   }
 
   @Test(groups = "Functional")
-  public void testEauals()
+  public void testEqualsAndHashCode()
   {
     ScoreMatrix sm = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
     ScoreMatrix sm2 = new ScoreMatrix(sm.getName(), sm.getSymbols()
             .toCharArray(), sm.getMatrix());
     assertTrue(sm.equals(sm2));
     assertEquals(sm.hashCode(), sm2.hashCode());
+
+    sm2 = ScoreModels.getInstance().getPam250();
+    assertFalse(sm.equals(sm2));
+    assertNotEquals(sm.hashCode(), sm2.hashCode());
+
+    assertFalse(sm.equals("hello"));
+  }
+
+  /**
+   * Tests for scoring options where the longer length of two sequences is used
+   */
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testcomputeSimilarity_matchLongestSequence()
+  {
+    /*
+     * ScoreMatrix expects '-' for gaps
+     */
+    String s1 = "FR-K-S";
+    String s2 = "FS--L";
+    ScoreMatrix blosum = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
+  
+    /*
+     * score gap-gap and gap-char
+     * shorter sequence treated as if with trailing gaps
+     * score = F^F + R^S + -^- + K^- + -^L + S^-
+     * = 6 + -1 + 1 + -4 + -4 + -4 = -6
+     */
+    SimilarityParamsI params = new SimilarityParams(true, true, true, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -6d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(true, false, true, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -6d);
+  
+    /*
+     * score gap-char but not gap-gap
+     * score = F^F + R^S + 0 + K^- + -^L + S^-
+     * = 6 + -1 + 0 + -4 + -4 + -4 = -7
+     */
+    params = new SimilarityParams(false, true, true, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -7d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(false, false, true, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -7d);
+  
+    /*
+     * score gap-gap but not gap-char
+     * score = F^F + R^S + -^- + 0 + 0 + 0
+     * = 6 + -1 + 1 = 6
+     */
+    params = new SimilarityParams(true, false, false, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 6d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(true, true, false, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 6d);
+  
+    /*
+     * score neither gap-gap nor gap-char
+     * score = F^F + R^S + 0 + 0 + 0 + 0
+     * = 6 + -1  = 5
+     */
+    params = new SimilarityParams(false, false, false, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 5d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(false, true, false, false);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 5d);
+  }
+
+  /**
+   * Tests for scoring options where only the shorter length of two sequences is
+   * used
+   */
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testcomputeSimilarity_matchShortestSequence()
+  {
+    /*
+     * ScoreMatrix expects '-' for gaps
+     */
+    String s1 = "FR-K-S";
+    String s2 = "FS--L";
+    ScoreMatrix blosum = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
+
+    /*
+     * score gap-gap and gap-char
+     * match shorter sequence only
+     * score = F^F + R^S + -^- + K^- + -^L
+     * = 6 + -1 + 1 + -4 + -4 = -2
+     */
+    SimilarityParamsI params = new SimilarityParams(true, true, true, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -2d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(true, false, true, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -2d);
+  
+    /*
+     * score gap-char but not gap-gap
+     * score = F^F + R^S + 0 + K^- + -^L
+     * = 6 + -1 + 0 + -4 + -4 = -3
+     */
+    params = new SimilarityParams(false, true, true, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -3d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(false, false, true, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), -3d);
+  
+    /*
+     * score gap-gap but not gap-char
+     * score = F^F + R^S + -^- + 0 + 0
+     * = 6 + -1 + 1 = 6
+     */
+    params = new SimilarityParams(true, false, false, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 6d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(true, true, false, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 6d);
+  
+    /*
+     * score neither gap-gap nor gap-char
+     * score = F^F + R^S + 0 + 0 + 0
+     * = 6 + -1  = 5
+     */
+    params = new SimilarityParams(false, false, false, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 5d);
+    // matchGap (arg2) is ignored:
+    params = new SimilarityParams(false, true, false, true);
+    assertEquals(blosum.computeSimilarity(s1, s2, params), 5d);
+  }
+
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testSymmetric()
+  {
+    verifySymmetric(ScoreModels.getInstance().getBlosum62());
+    verifySymmetric(ScoreModels.getInstance().getPam250());
+    verifySymmetric(ScoreModels.getInstance().getDefaultModel(false)); // dna
+  }
+
+  private void verifySymmetric(ScoreMatrix sm)
+  {
+    float[][] m = sm.getMatrix();
+    int rows = m.length;
+    for (int row = 0; row < rows; row++)
+    {
+      assertEquals(m[row].length, rows);
+      for (int col = 0; col < rows; col++)
+      {
+        assertEquals(m[row][col], m[col][row], String.format("%s [%s, %s]",
+                sm.getName(), ResidueProperties.aa[row],
+                ResidueProperties.aa[col]));
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * A test that just asserts the expected values in the Blosum62 score matrix
+   */
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testBlosum62_values()
+  {
+    ScoreMatrix sm = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
+
+    assertTrue(sm.isProtein());
+    assertFalse(sm.isDNA());
+    assertNull(sm.getDescription());
+    sm.setDescription("BLOSUM62");
+    assertEquals(sm.getDescription(), "BLOSUM62");
+
+    /*
+     * verify expected scores against ARNDCQEGHILKMFPSTWYVBZX
+     * scraped from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Class/FieldGuide/BLOSUM62.txt
+     */
+    verifyValues(sm, 'A', new float[] { 4, -1, -2, -2, 0, -1, -1, 0, -2,
+        -1,
+        -1, -1, -1, -2, -1, 1, 0, -3, -2, 0, -2, -1, 0 });
+    verifyValues(sm, 'R', new float[] { -1, 5, 0, -2, -3, 1, 0, -2, 0, -3,
+        -2, 2, -1, -3, -2, -1, -1, -3, -2, -3, -1, 0, -1 });
+    verifyValues(sm, 'N', new float[] { -2, 0, 6, 1, -3, 0, 0, 0, 1, -3,
+        -3,
+        0, -2, -3, -2, 1, 0, -4, -2, -3, 3, 0, -1 });
+    verifyValues(sm, 'D', new float[] { -2, -2, 1, 6, -3, 0, 2, -1, -1, -3,
+        -4, -1, -3, -3, -1, 0, -1, -4, -3, -3, 4, 1, -1 });
+    verifyValues(sm, 'C', new float[] { 0, -3, -3, -3, 9, -3, -4, -3, -3,
+        -1,
+        -1, -3, -1, -2, -3, -1, -1, -2, -2, -1, -3, -3, -2 });
+    verifyValues(sm, 'Q', new float[] { -1, 1, 0, 0, -3, 5, 2, -2, 0, -3,
+        -2,
+        1, 0, -3, -1, 0, -1, -2, -1, -2, 0, 3, -1 });
+    verifyValues(sm, 'E', new float[] { -1, 0, 0, 2, -4, 2, 5, -2, 0, -3,
+        -3,
+        1, -2, -3, -1, 0, -1, -3, -2, -2, 1, 4, -1 });
+    verifyValues(sm, 'G', new float[] { 0, -2, 0, -1, -3, -2, -2, 6, -2,
+        -4,
+        -4, -2, -3, -3, -2, 0, -2, -2, -3, -3, -1, -2, -1 });
+    verifyValues(sm, 'H', new float[] { -2, 0, 1, -1, -3, 0, 0, -2, 8, -3,
+        -3, -1, -2, -1, -2, -1, -2, -2, 2, -3, 0, 0, -1 });
+    verifyValues(sm, 'I', new float[] { -1, -3, -3, -3, -1, -3, -3, -4, -3,
+        4, 2, -3, 1, 0, -3, -2, -1, -3, -1, 3, -3, -3, -1 });
+    verifyValues(sm, 'L', new float[] { -1, -2, -3, -4, -1, -2, -3, -4, -3,
+        2, 4, -2, 2, 0, -3, -2, -1, -2, -1, 1, -4, -3, -1 });
+    verifyValues(sm, 'K', new float[] { -1, 2, 0, -1, -3, 1, 1, -2, -1, -3,
+        -2, 5, -1, -3, -1, 0, -1, -3, -2, -2, 0, 1, -1 });
+    verifyValues(sm, 'M', new float[] { -1, -1, -2, -3, -1, 0, -2, -3, -2,
+        1,
+        2, -1, 5, 0, -2, -1, -1, -1, -1, 1, -3, -1, -1 });
+    verifyValues(sm, 'F', new float[] { -2, -3, -3, -3, -2, -3, -3, -3, -1,
+        0, 0, -3, 0, 6, -4, -2, -2, 1, 3, -1, -3, -3, -1 });
+    verifyValues(sm, 'P', new float[] { -1, -2, -2, -1, -3, -1, -1, -2, -2,
+        -3, -3, -1, -2, -4, 7, -1, -1, -4, -3, -2, -2, -1, -2 });
+    verifyValues(sm, 'S', new float[] { 1, -1, 1, 0, -1, 0, 0, 0, -1, -2,
+        -2,
+        0, -1, -2, -1, 4, 1, -3, -2, -2, 0, 0, 0 });
+    verifyValues(sm, 'T', new float[] { 0, -1, 0, -1, -1, -1, -1, -2, -2,
+        -1,
+        -1, -1, -1, -2, -1, 1, 5, -2, -2, 0, -1, -1, 0 });
+    verifyValues(sm, 'W', new float[] { -3, -3, -4, -4, -2, -2, -3, -2, -2,
+        -3, -2, -3, -1, 1, -4, -3, -2, 11, 2, -3, -4, -3, -2 });
+    verifyValues(sm, 'Y', new float[] { -2, -2, -2, -3, -2, -1, -2, -3, 2,
+        -1, -1, -2, -1, 3, -3, -2, -2, 2, 7, -1, -3, -2, -1 });
+    verifyValues(sm, 'V', new float[] { 0, -3, -3, -3, -1, -2, -2, -3, -3,
+        3,
+        1, -2, 1, -1, -2, -2, 0, -3, -1, 4, -3, -2, -1 });
+    verifyValues(sm, 'B', new float[] { -2, -1, 3, 4, -3, 0, 1, -1, 0, -3,
+        -4, 0, -3, -3, -2, 0, -1, -4, -3, -3, 4, 1, -1 });
+    verifyValues(sm, 'Z', new float[] { -1, 0, 0, 1, -3, 3, 4, -2, 0, -3,
+        -3,
+        1, -1, -3, -1, 0, -1, -3, -2, -2, 1, 4, -1 });
+    verifyValues(sm, 'X', new float[] { 0, -1, -1, -1, -2, -1, -1, -1, -1,
+        -1, -1, -1, -1, -1, -2, 0, 0, -2, -1, -1, -1, -1, -1 });
+  }
+
+  /**
+   * Helper method to check pairwise scores for one residue
+   * 
+   * @param sm
+   * @param res
+   * @param expected
+   *          score values against 'res', in ResidueProperties.aaIndex order
+   */
+  private void verifyValues(ScoreMatrix sm, char res, float[] expected)
+  {
+    for (int j = 0; j < expected.length; j++)
+    {
+      char c2 = ResidueProperties.aa[j].charAt(0);
+      assertEquals(sm.getPairwiseScore(res, c2), expected[j],
+              String.format("%s->%s", res, c2));
+    }
+  }
+
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testConstructor_gapDash()
+  {
+    float[][] scores = new float[2][];
+    scores[0] = new float[] { 1f, 2f };
+    scores[1] = new float[] { 4f, 5f };
+    ScoreMatrix sm = new ScoreMatrix("Test", new char[] { 'A', '-' },
+            scores);
+    assertEquals(sm.getSize(), 2);
+    assertArrayEquals(scores, sm.getMatrix());
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('A', 'a'), 1f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('A', 'A'), 1f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('a', '-'), 2f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('-', 'A'), 4f);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex('a'), 0);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex('A'), 0);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex('-'), 1);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex(' '), -1);
+    assertEquals(sm.getMatrixIndex('.'), -1);
+  
+    assertEquals(sm.getGapIndex(), 1);
+  }
+
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testGetPairwiseScore()
+  {
+    float[][] scores = new float[2][];
+    scores[0] = new float[] { 1f, 2f };
+    scores[1] = new float[] { 4f, 5f };
+    ScoreMatrix sm = new ScoreMatrix("Test", new char[] { 'A', 'B' },
+            scores);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('A', 'A'), 1f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('A', 'a'), 1f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('A', 'B'), 2f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('b', 'a'), 4f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('B', 'b'), 5f);
+
+    /*
+     * unknown symbols currently score zero
+     */
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('A', '-'), 0f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('-', '-'), 0f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('Q', 'W'), 0f);
+
+    /*
+     * symbols not in basic ASCII set score zero
+     */
+    char c = (char) 200;
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore('Q', c), 0f);
+    assertEquals(sm.getPairwiseScore(c, 'Q'), 0f);
+  }
+
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testGetMinimumScore()
+  {
+    ScoreMatrix sm = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
+    assertEquals(sm.getMinimumScore(), -4f);
+  }
+
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testGetMaximumScore()
+  {
+    ScoreMatrix sm = ScoreModels.getInstance().getBlosum62();
+    assertEquals(sm.getMaximumScore(), 11f);
+  }
+
+  @Test(groups = "Functional")
+  public void testOutputMatrix_html()
+  {
+    float[][] scores = new float[2][];
+    scores[0] = new float[] { 1f, 2f };
+    scores[1] = new float[] { 4f, -5.3E-10f };
+    ScoreMatrix sm = new ScoreMatrix("Test", "AB".toCharArray(), scores);
+    String html = sm.outputMatrix(true);
+    String expected = "<table border=\"1\"><tr><th></th><th>&nbsp;A&nbsp;</th><th>&nbsp;B&nbsp;</th></tr>\n"
+            + "<tr><td>A</td><td>1.0</td><td>2.0</td></tr>\n"
+            + "<tr><td>B</td><td>4.0</td><td>-5.3E-10</td></tr>\n"
+            + "</table>";
+    assertEquals(html, expected);
   }
 }