Merge branch 'feature/JAL-2664' into feature/JAL-2527
[jalview.git] / src / jalview / analysis / AlignmentUtils.java
1 /*
2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
4  * 
5  * This file is part of Jalview.
6  * 
7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License 
9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
10  * of the License, or (at your option) any later version.
11  *  
12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
16  * 
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
20  */
21 package jalview.analysis;
22
23 import static jalview.io.gff.GffConstants.CLINICAL_SIGNIFICANCE;
24
25 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
26 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
27 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
28 import jalview.datamodel.Alignment;
29 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
30 import jalview.datamodel.AlignmentI;
31 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
32 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
33 import jalview.datamodel.Mapping;
34 import jalview.datamodel.Sequence;
35 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
36 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
37 import jalview.datamodel.SequenceI;
38 import jalview.io.gff.SequenceOntologyFactory;
39 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
40 import jalview.schemes.ResidueProperties;
41 import jalview.util.Comparison;
42 import jalview.util.DBRefUtils;
43 import jalview.util.MapList;
44 import jalview.util.MappingUtils;
45 import jalview.util.RangeComparator;
46 import jalview.util.StringUtils;
47
48 import java.io.UnsupportedEncodingException;
49 import java.net.URLEncoder;
50 import java.util.ArrayList;
51 import java.util.Arrays;
52 import java.util.Collection;
53 import java.util.Collections;
54 import java.util.Comparator;
55 import java.util.HashMap;
56 import java.util.HashSet;
57 import java.util.Iterator;
58 import java.util.LinkedHashMap;
59 import java.util.List;
60 import java.util.Map;
61 import java.util.Map.Entry;
62 import java.util.NoSuchElementException;
63 import java.util.Set;
64 import java.util.SortedMap;
65 import java.util.TreeMap;
66
67 /**
68  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
69  * refactored elsewhere at some point.
70  * 
71  * @author jimp
72  * 
73  */
74 public class AlignmentUtils
75 {
76
77   private static final int CODON_LENGTH = 3;
78
79   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
80
81   private static final String ID = "ID";
82
83   /**
84    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
85    * sequence variant feature
86    */
87   static final class DnaVariant
88   {
89     final String base;
90
91     SequenceFeature variant;
92
93     DnaVariant(String nuc)
94     {
95       base = nuc;
96       variant = null;
97     }
98
99     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
100     {
101       base = nuc;
102       variant = var;
103     }
104
105     public String getSource()
106     {
107       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
108     }
109   }
110
111   /**
112    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
113    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
114    * 
115    * @param core
116    * @param flankSize
117    * @return AlignmentI
118    */
119   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
120   {
121     List<SequenceI> sq = new ArrayList<SequenceI>();
122     int maxoffset = 0;
123     for (SequenceI s : core.getSequences())
124     {
125       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
126       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
127       if (newSeqStart > maxoffset
128               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
129       {
130         maxoffset = newSeqStart;
131       }
132       sq.add(newSeq);
133     }
134     if (flankSize > -1)
135     {
136       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
137     }
138
139     /*
140      * now add offset left and right to create an expanded alignment
141      */
142     for (SequenceI s : sq)
143     {
144       SequenceI ds = s;
145       while (ds.getDatasetSequence() != null)
146       {
147         ds = ds.getDatasetSequence();
148       }
149       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
150       // find available flanking residues for sequence
151       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
152       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
153
154       // build new flanked sequence
155
156       // compute gap padding to start of flanking sequence
157       int offset = maxoffset - ustream_ds;
158
159       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
160       if (flankSize >= 0)
161       {
162         if (flankSize < ustream_ds)
163         {
164           // take up to flankSize residues
165           offset = maxoffset - flankSize;
166           ustream_ds = flankSize;
167         }
168         if (flankSize <= dstream_ds)
169         {
170           dstream_ds = flankSize - 1;
171         }
172       }
173       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
174       char[] upstream = new String(ds
175               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
176                       .toLowerCase().toCharArray();
177       char[] downstream = new String(
178               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds)).toLowerCase()
179                       .toCharArray();
180       char[] coreseq = s.getSequence();
181       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
182               + coreseq.length];
183       char c = core.getGapCharacter();
184
185       int p = 0;
186       for (; p < offset; p++)
187       {
188         nseq[p] = c;
189       }
190
191       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
192       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
193               coreseq.length);
194       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
195               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
196       s.setSequence(new String(nseq));
197       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
198       s.setEnd(s_end + downstream.length);
199     }
200     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
201             sq.toArray(new SequenceI[0]));
202     for (SequenceI s : sq)
203     {
204       if (s.getAnnotation() != null)
205       {
206         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
207         {
208           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
209           newAl.addAnnotation(aa);
210         }
211       }
212     }
213     newAl.setDataset(core.getDataset());
214     return newAl;
215   }
216
217   /**
218    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
219    * -1 if not found.
220    * 
221    * @param al
222    * @param seq
223    * @return
224    */
225   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
226   {
227     int result = -1;
228     int pos = 0;
229     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
230     {
231       if (alSeq == seq)
232       {
233         result = pos;
234         break;
235       }
236       pos++;
237     }
238     return result;
239   }
240
241   /**
242    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
243    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
244    * sequences.
245    * 
246    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
247    */
248   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
249           AlignmentI al)
250   {
251     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<String, List<SequenceI>>();
252     for (SequenceI seq : al.getSequences())
253     {
254       String name = seq.getName();
255       if (name != null)
256       {
257         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
258         if (seqs == null)
259         {
260           seqs = new ArrayList<SequenceI>();
261           theMap.put(name, seqs);
262         }
263         seqs.add(seq);
264       }
265     }
266     return theMap;
267   }
268
269   /**
270    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
271    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
272    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
273    * either already exist or were added, else false.
274    * 
275    * @param proteinAlignment
276    * @param cdnaAlignment
277    * @return
278    */
279   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
280           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
281   {
282     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
283     {
284       return false;
285     }
286
287     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<SequenceI>();
288     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<SequenceI>();
289
290     /*
291      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
292      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
293      */
294     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
295             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
296
297     /*
298      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
299      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
300      * order in the alignments.
301      */
302     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
303             mappedDna, mappedProtein, false);
304     return mappingPerformed;
305   }
306
307   /**
308    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
309    * matches the protein).
310    * 
311    * @param proteinAlignment
312    * @param cdnaAlignment
313    * @param mappedDna
314    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
315    * @param mappedProtein
316    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
317    * @param xrefsOnly
318    *          if true, only map sequences where xrefs exist
319    * @return
320    */
321   protected static boolean mapProteinToCdna(
322           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
323           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
324           boolean xrefsOnly)
325   {
326     boolean mappingExistsOrAdded = false;
327     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
328     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
329     {
330       boolean proteinMapped = false;
331       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
332
333       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
334       {
335         /*
336          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
337          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
338          * 
339          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
340          * mappable sequences in corresponding order. These are not
341          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
342          * sequences.
343          */
344         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
345         {
346           continue;
347         }
348
349         /*
350          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
351          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
352          */
353         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
354                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
355         {
356           continue;
357         }
358         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
359                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
360         {
361           mappingExistsOrAdded = true;
362         }
363         else
364         {
365           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
366           if (map != null)
367           {
368             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
369             mappingExistsOrAdded = true;
370             proteinMapped = true;
371             mappedDna.add(cdnaSeq);
372             mappedProtein.add(aaSeq);
373           }
374         }
375       }
376       if (proteinMapped)
377       {
378         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
379       }
380     }
381     return mappingExistsOrAdded;
382   }
383
384   /**
385    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
386    * sequences.
387    */
388   public static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
389           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
390   {
391     if (mappings != null)
392     {
393       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
394       {
395         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
396         {
397           return true;
398         }
399       }
400     }
401     return false;
402   }
403
404   /**
405    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
406    * <ul>
407    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
408    * sequence</li>
409    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
410    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
411    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
412    * </ul>
413    * Returns null if no mapping is determined.
414    * 
415    * @param proteinSeq
416    *          the aligned protein sequence
417    * @param cdnaSeq
418    *          the aligned cdna sequence
419    * @return
420    */
421   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
422           SequenceI cdnaSeq)
423   {
424     /*
425      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
426      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
427      * String objects.
428      */
429     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
430     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
431             ? proteinDataset.getSequence()
432             : proteinSeq.getSequence();
433     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
434     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
435             : cdnaSeq.getSequence();
436     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
437     {
438       return null;
439     }
440
441     /*
442      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
443      */
444     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
445     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
446     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
447     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
448     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
449     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
450
451     /*
452      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
453      */
454     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
455     {
456       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
457               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH).toUpperCase();
458       for (String stop : ResidueProperties.STOP)
459       {
460         if (lastCodon.equals(stop))
461         {
462           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
463           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
464           break;
465         }
466       }
467     }
468
469     /*
470      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
471      */
472     int startOffset = 0;
473     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
474             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
475                     .equals(ResidueProperties.START))
476     {
477       startOffset += CODON_LENGTH;
478       cdnaStart += CODON_LENGTH;
479       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
480     }
481
482     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
483     {
484       /*
485        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
486        */
487       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
488               new int[]
489               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
490       return map;
491     }
492
493     /*
494      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
495      */
496     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
497   }
498
499   /**
500    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
501    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
502    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
503    * 
504    * @param cdnaSeqChars
505    * @param cdnaStart
506    * @param aaSeqChars
507    * @return
508    */
509   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
510           char[] aaSeqChars)
511   {
512     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
513     {
514       return false;
515     }
516
517     int aaPos = 0;
518     int dnaPos = cdnaStart;
519     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
520             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
521     {
522       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
523       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
524
525       /*
526        * allow * in protein to match untranslatable in dna
527        */
528       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
529       if ((translated == null || "STOP".equals(translated)) && aaRes == '*')
530       {
531         continue;
532       }
533       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
534       {
535         // debug
536         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
537         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
538         return false;
539       }
540     }
541
542     /*
543      * check we matched all of the protein sequence
544      */
545     if (aaPos != aaSeqChars.length)
546     {
547       return false;
548     }
549
550     /*
551      * check we matched all of the dna except
552      * for optional trailing STOP codon
553      */
554     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
555     {
556       return true;
557     }
558     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
559     {
560       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
561       if ("STOP".equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
562       {
563         return true;
564       }
565     }
566     return false;
567   }
568
569   /**
570    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
571    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
572    * 
573    * @param seq
574    *          the sequence to be realigned
575    * @param al
576    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
577    * @param gap
578    *          character string represent a gap in the realigned sequence
579    * @param preserveUnmappedGaps
580    * @param preserveMappedGaps
581    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
582    */
583   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
584           String gap, boolean preserveMappedGaps,
585           boolean preserveUnmappedGaps)
586   {
587     /*
588      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
589      * sequence.
590      */
591     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
592     // all mappings. Would it help to constrain this?
593     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
594     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
595     {
596       return false;
597     }
598
599     /*
600      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
601      * just take the first match here (as we can't align like more than one
602      * sequence).
603      */
604     SequenceI alignFrom = null;
605     AlignedCodonFrame mapping = null;
606     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
607     {
608       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
609       if (alignFrom != null)
610       {
611         mapping = mp;
612         break;
613       }
614     }
615
616     if (alignFrom == null)
617     {
618       return false;
619     }
620     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
621             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
622     return true;
623   }
624
625   /**
626    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
627    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
628    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
629    * intron and exon are only retained if both flags are set.
630    * 
631    * @param alignTo
632    * @param alignFrom
633    * @param mapping
634    * @param myGap
635    * @param sourceGap
636    * @param preserveUnmappedGaps
637    * @param preserveMappedGaps
638    */
639   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
640           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
641           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
642   {
643     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
644
645     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
646     int thisSeqPos = 0;
647     int sourceDsPos = 0;
648
649     int basesWritten = 0;
650     char myGapChar = myGap.charAt(0);
651     int ratio = myGap.length();
652
653     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
654     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
655     int sourceGapMappedLength = 0;
656     boolean inExon = false;
657     final char[] thisSeq = alignTo.getSequence();
658     final char[] thatAligned = alignFrom.getSequence();
659     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * thisSeq.length);
660
661     /*
662      * Traverse the 'model' aligned sequence
663      */
664     for (char sourceChar : thatAligned)
665     {
666       if (sourceChar == sourceGap)
667       {
668         sourceGapMappedLength += ratio;
669         continue;
670       }
671
672       /*
673        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
674        */
675       sourceDsPos++;
676       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
677       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
678               sourceDsPos + fromOffset);
679       if (mappedPos == null)
680       {
681         /*
682          * unmapped position; treat like a gap
683          */
684         sourceGapMappedLength += ratio;
685         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
686         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
687         // return;
688         continue;
689       }
690
691       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
692       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
693       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
694
695       /*
696        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
697        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
698        * (in exons).
699        * 
700        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
701        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
702        */
703       int intronLength = 0;
704       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
705               && thisSeqPos < thisSeq.length)
706       {
707         final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
708         if (c != myGapChar)
709         {
710           basesWritten++;
711           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
712           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
713           {
714             /*
715              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
716              * (if wanted).
717              */
718             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
719             {
720               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
721               intronLength += trailingCopiedGap.length();
722               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
723             }
724             intronLength++;
725             inExon = false;
726           }
727           else
728           {
729             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
730             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
731                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
732                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
733             for (int i = 0; i < gapsToAdd; i++)
734             {
735               thisAligned.append(myGapChar);
736             }
737             sourceGapMappedLength = 0;
738             inExon = true;
739           }
740           thisAligned.append(c);
741           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
742         }
743         else
744         {
745           if (inExon && preserveMappedGaps)
746           {
747             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
748           }
749           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
750           {
751             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
752           }
753         }
754       }
755     }
756
757     /*
758      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
759      * including (intron) gaps.
760      */
761     while (thisSeqPos < thisSeq.length)
762     {
763       final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
764       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
765       {
766         thisAligned.append(c);
767       }
768       sourceGapMappedLength--;
769     }
770
771     /*
772      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
773      * unmapped characters
774      */
775     if (preserveUnmappedGaps)
776     {
777       while (sourceGapMappedLength > 0)
778       {
779         thisAligned.append(myGapChar);
780         sourceGapMappedLength--;
781       }
782     }
783
784     /*
785      * All done aligning, set the aligned sequence.
786      */
787     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
788   }
789
790   /**
791    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
792    * 
793    * @param preserveMappedGaps
794    * @param preserveUnmappedGaps
795    * @param sourceGapMappedLength
796    * @param inExon
797    * @param trailingCopiedGap
798    * @param intronLength
799    * @param startOfCodon
800    * @return
801    */
802   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
803           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
804           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
805           final boolean startOfCodon)
806   {
807     int gapsToAdd = 0;
808     if (startOfCodon)
809     {
810       /*
811        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
812        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
813        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
814        * region.
815        */
816       if (inExon && !preserveMappedGaps)
817       {
818         trailingGapLength = 0;
819       }
820       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
821       {
822         trailingGapLength = 0;
823       }
824       if (inExon)
825       {
826         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
827       }
828       else
829       {
830         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
831         {
832           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
833         }
834         else
835         {
836           gapsToAdd = Math.min(
837                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
838                   trailingGapLength);
839         }
840       }
841     }
842     else
843     {
844       /*
845        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
846        */
847       if (!preserveMappedGaps)
848       {
849         trailingGapLength = 0;
850       }
851       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
852     }
853     return gapsToAdd;
854   }
855
856   /**
857    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
858    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
859    * 
860    * @param protein
861    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
862    * @param dna
863    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
864    * @return the number of sequences that were realigned
865    */
866   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
867   {
868     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
869     {
870       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
871       return 0;
872     }
873     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<SequenceI>();
874     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
875             protein, dna, unmappedProtein);
876     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
877   }
878
879   /**
880    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
881    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
882    * 
883    * Always produces a padded CDS alignment.
884    * 
885    * @param dna
886    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
887    * @param protein
888    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
889    * @return the number of sequences that were realigned
890    */
891   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
892   {
893     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
894     {
895       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
896       return 0;
897     }
898     // todo: implement this
899     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
900     int alignedCount = 0;
901     int width = 0; // alignment width for padding CDS
902     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
903     {
904       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
905               dna.getGapCharacter()))
906       {
907         alignedCount++;
908       }
909       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
910     }
911     int oldwidth;
912     int diff;
913     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
914     {
915       oldwidth = dnaSeq.getLength();
916       diff = width - oldwidth;
917       if (diff > 0)
918       {
919         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
920       }
921     }
922     return alignedCount;
923   }
924
925   /**
926    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
927    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
928    * handling coding sequence only.
929    * 
930    * @param cdsSeq
931    * @param protein
932    * @param mappings
933    * @param gapChar
934    * @return
935    */
936   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
937           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
938           char gapChar)
939   {
940     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
941     if (cdsDss == null)
942     {
943       System.err
944               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
945       return false;
946     }
947
948     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
949             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
950     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
951     {
952       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
953       if (peptide != null)
954       {
955         int peptideLength = peptide.getLength();
956         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
957         if (map != null)
958         {
959           MapList mapList = map.getMap();
960           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
961           {
962             mapList = mapList.getInverse();
963           }
964           int cdsLength = cdsDss.getLength();
965           int mappedFromLength = MappingUtils
966                   .getLength(mapList.getFromRanges());
967           int mappedToLength = MappingUtils
968                   .getLength(mapList.getToRanges());
969           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
970                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
971                   || (peptide.getDatasetSequence()
972                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
973           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
974           {
975             System.err.println(String.format(
976                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
977                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
978           }
979
980           /*
981            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
982            */
983           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
984                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
985           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
986
987           /*
988            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
989            * codons for residues in the aligned cds sequence 
990            */
991           char[] alignedPeptide = peptide.getSequence();
992           char[] nucleotides = cdsDss.getSequence();
993           int copiedBases = 0;
994           int cdsStart = cdsDss.getStart();
995           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
996           int cdsCol = 0;
997           for (char residue : alignedPeptide)
998           {
999             if (Comparison.isGap(residue))
1000             {
1001               cdsCol += CODON_LENGTH;
1002             }
1003             else
1004             {
1005               proteinPos++;
1006               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1007               if (codon == null)
1008               {
1009                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1010                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1011               }
1012               else
1013               {
1014                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1015                 {
1016                   char mappedBase = nucleotides[j - cdsStart];
1017                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1018                   copiedBases++;
1019                 }
1020               }
1021             }
1022           }
1023
1024           /*
1025            * append stop codon if not mapped from protein,
1026            * closing it up to the end of the mapped sequence
1027            */
1028           if (copiedBases == nucleotides.length - CODON_LENGTH)
1029           {
1030             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1031             {
1032               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1033               {
1034                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1035                 break;
1036               }
1037             }
1038             for (int i = nucleotides.length
1039                     - CODON_LENGTH; i < nucleotides.length; i++)
1040             {
1041               alignedCds[cdsCol++] = nucleotides[i];
1042             }
1043           }
1044           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1045           return true;
1046         }
1047       }
1048     }
1049     return false;
1050   }
1051
1052   /**
1053    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1054    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1055    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1056    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1057    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1058    * 
1059    * @param protein
1060    *          the protein alignment
1061    * @param dna
1062    *          the coding dna alignment
1063    * @param unmappedProtein
1064    *          any unmapped proteins are added to this list
1065    * @return
1066    */
1067   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1068           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1069           List<SequenceI> unmappedProtein)
1070   {
1071     /*
1072      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1073      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1074      */
1075     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1076
1077     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1078
1079     /*
1080      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1081      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1082      * comparator keeps the codon positions ordered.
1083      */
1084     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>>(
1085             new CodonComparator());
1086
1087     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1088     {
1089       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1090       {
1091         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1092         if (prot != null)
1093         {
1094           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1095           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1096                   alignedCodons);
1097           unmappedProtein.remove(prot);
1098         }
1099       }
1100     }
1101
1102     /*
1103      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1104      * codons) as if at the codon position before the second residue
1105      */
1106     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1107     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1108     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1109
1110     return alignedCodons;
1111   }
1112
1113   /**
1114    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1115    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1116    * preceding position in the alignment
1117    * 
1118    * @param alignedCodons
1119    *          the codon-to-peptide map
1120    * @param mappedSequenceCount
1121    *          the number of distinct sequences in the map
1122    */
1123   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1124           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1125           int mappedSequenceCount)
1126   {
1127     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1128     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1129
1130     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<SequenceI>();
1131     AlignedCodon lastCodon = null;
1132     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1133
1134     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1135             .entrySet())
1136     {
1137       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1138               .entrySet())
1139       {
1140         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1141         if (sequencesChecked.contains(seq))
1142         {
1143           continue;
1144         }
1145         sequencesChecked.add(seq);
1146         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1147         if (codon.peptideCol > 1)
1148         {
1149           System.err.println(
1150                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1151                           + seq.getName());
1152         }
1153         else if (codon.peptideCol == 1)
1154         {
1155           /*
1156            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1157            */
1158           if (lastCodon != null)
1159           {
1160             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1161                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1162                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1163             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1164           }
1165           else
1166           {
1167             /*
1168              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1169              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1170              */
1171             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1172                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1173             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1174           }
1175         }
1176         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1177         {
1178           // no need to check past first mapped position in all sequences
1179           break;
1180         }
1181       }
1182       lastCodon = entry.getKey();
1183     }
1184
1185     /*
1186      * add any new codons safely after iterating over the map
1187      */
1188     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1189     {
1190       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1191               startCodon.getKey());
1192     }
1193   }
1194
1195   /**
1196    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1197    * the map.
1198    * 
1199    * @param protein
1200    * @param alignedCodons
1201    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1202    *          values present in each column
1203    * @param unmappedProtein
1204    * @return
1205    */
1206   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1207           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1208           List<SequenceI> unmappedProtein)
1209   {
1210     /*
1211      * Prefill aligned sequences with gaps before inserting aligned protein
1212      * residues.
1213      */
1214     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1215     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1216     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1217     String allGaps = String.valueOf(gaps);
1218     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1219     {
1220       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1221       {
1222         seq.setSequence(allGaps);
1223       }
1224     }
1225
1226     int column = 0;
1227     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1228     {
1229       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1230               .get(codon);
1231       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1232       {
1233         // place translated codon at its column position in sequence
1234         entry.getKey().getSequence()[column] = entry.getValue().product
1235                 .charAt(0);
1236       }
1237       column++;
1238     }
1239     return 0;
1240   }
1241
1242   /**
1243    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1244    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1245    * positions and their translation products to the map.
1246    * 
1247    * @param dna
1248    *          the aligned sequence we are mapping from
1249    * @param protein
1250    *          the sequence to be aligned to the codons
1251    * @param gapChar
1252    *          the gap character in the dna sequence
1253    * @param seqMap
1254    *          a mapping to a sequence translation
1255    * @param alignedCodons
1256    *          the map we are building up
1257    */
1258   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1259           char gapChar, Mapping seqMap,
1260           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1261   {
1262     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1263
1264     /*
1265      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1266      * map, while remembering the first codon mapped
1267      */
1268     while (codons.hasNext())
1269     {
1270       try
1271       {
1272         AlignedCodon codon = codons.next();
1273         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1274       } catch (IncompleteCodonException e)
1275       {
1276         // possible incomplete trailing codon - ignore
1277       } catch (NoSuchElementException e)
1278       {
1279         // possibly peptide lacking STOP
1280       }
1281     }
1282   }
1283
1284   /**
1285    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1286    * 
1287    * @param alignedCodons
1288    * @param codon
1289    * @param protein
1290    */
1291   protected static void addCodonToMap(
1292           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1293           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1294   {
1295     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1296     if (seqProduct == null)
1297     {
1298       seqProduct = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1299       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1300     }
1301     seqProduct.put(protein, codon);
1302   }
1303
1304   /**
1305    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1306    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1307    * the logic is:
1308    * <ul>
1309    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1310    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1311    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1312    * sequence</li>
1313    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1314    * nucleotide</li>
1315    * </ul>
1316    * 
1317    * @param al1
1318    * @param al2
1319    * @return
1320    */
1321   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1322   {
1323     if (al1 == null || al2 == null)
1324     {
1325       return false;
1326     }
1327
1328     /*
1329      * Require one nucleotide and one protein
1330      */
1331     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1332     {
1333       return false;
1334     }
1335     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1336     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1337     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1338     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1339     {
1340       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1341       {
1342         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1343         {
1344           return true;
1345         }
1346       }
1347     }
1348     return false;
1349   }
1350
1351   /**
1352    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1353    * protein sequence.
1354    * 
1355    * @param dnaSeq
1356    * @param proteinSeq
1357    * @param mappings
1358    * @return
1359    */
1360   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1361           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1362   {
1363     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1364     {
1365       return false;
1366     }
1367
1368     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1369             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1370     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1371             ? proteinSeq
1372             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1373
1374     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1375     {
1376       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1377       {
1378         /*
1379          * already mapped
1380          */
1381         return true;
1382       }
1383     }
1384
1385     /*
1386      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1387      * successful.
1388      */
1389     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1390   }
1391
1392   /**
1393    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1394    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1395    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1396    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1397    * 
1398    * @param sequenceScope
1399    *          the sequences to scan for reference annotations
1400    * @param labelForCalcId
1401    *          (optional) map to populate with label for calcId
1402    * @param candidates
1403    *          map to populate with annotations for sequence
1404    * @param al
1405    *          the alignment to check for presence of annotations
1406    */
1407   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1408           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1409           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1410           AlignmentI al)
1411   {
1412     if (sequenceScope == null)
1413     {
1414       return;
1415     }
1416
1417     /*
1418      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1419      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1420      * 
1421      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1422      */
1423     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1424     {
1425       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1426       if (dataset == null)
1427       {
1428         continue;
1429       }
1430       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1431       if (datasetAnnotations == null)
1432       {
1433         continue;
1434       }
1435       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<AlignmentAnnotation>();
1436       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1437       {
1438         /*
1439          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1440          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1441          * sequence.
1442          */
1443         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1444                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1445         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1446         {
1447           result.add(dsann);
1448           if (labelForCalcId != null)
1449           {
1450             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1451           }
1452         }
1453       }
1454       /*
1455        * Save any addable annotations for this sequence
1456        */
1457       if (!result.isEmpty())
1458       {
1459         candidates.put(seq, result);
1460       }
1461     }
1462   }
1463
1464   /**
1465    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1466    * as their related sequences.
1467    * 
1468    * @param annotations
1469    *          the annotations to add
1470    * @param alignment
1471    *          the alignment to add them to
1472    * @param selectionGroup
1473    *          current selection group (or null if none)
1474    */
1475   public static void addReferenceAnnotations(
1476           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1477           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1478   {
1479     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1480     {
1481       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1482       {
1483         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1484         int startRes = 0;
1485         int endRes = ann.annotations.length;
1486         if (selectionGroup != null)
1487         {
1488           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1489           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1490         }
1491         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1492
1493         /*
1494          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1495          * original annotation is already on the sequence.
1496          */
1497         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1498         {
1499           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1500         }
1501         // adjust for gaps
1502         copyAnn.adjustForAlignment();
1503         // add to the alignment and set visible
1504         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1505         copyAnn.visible = true;
1506       }
1507     }
1508   }
1509
1510   /**
1511    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1512    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1513    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1514    * 
1515    * @al the alignment to scan for annotations
1516    * @param types
1517    *          the types (labels) of annotations to be updated
1518    * @param forSequences
1519    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1520    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1521    * @param anyType
1522    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1523    * @param doShow
1524    *          if true, set visibility on, else set off
1525    */
1526   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1527           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1528           boolean anyType, boolean doShow)
1529   {
1530     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1531     if (anns != null)
1532     {
1533       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1534       {
1535         if (anyType || types.contains(aa.label))
1536         {
1537           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1538                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1539           {
1540             aa.visible = doShow;
1541           }
1542         }
1543       }
1544     }
1545   }
1546
1547   /**
1548    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1549    * 
1550    * @param seq1
1551    * @param seq2
1552    * @return
1553    */
1554   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1555   {
1556     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1557     // not availability to the applet's classpath
1558     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1559   }
1560
1561   /**
1562    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1563    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1564    * 
1565    * @param seq1
1566    * @param seq2
1567    * @return
1568    */
1569   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1570   {
1571     if (seq1 == null || seq2 == null)
1572     {
1573       return false;
1574     }
1575     String name = seq2.getName();
1576     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1577     if (xrefs != null)
1578     {
1579       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1580       {
1581         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1582         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1583         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1584         {
1585           return true;
1586         }
1587       }
1588     }
1589     return false;
1590   }
1591
1592   /**
1593    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1594    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1595    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1596    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1597    * added to the alignment dataset.
1598    * 
1599    * @param dna
1600    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1601    * @param dataset
1602    *          the alignment dataset the sequences belong to
1603    * @param products
1604    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1605    *          protein products
1606    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1607    *         sequences (or null if no mappings are found)
1608    */
1609   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1610           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1611   {
1612     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1613     {
1614       throw new IllegalArgumentException(
1615               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1616     }
1617     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1618     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1619     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1620     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1621     if (products != null)
1622     {
1623       productSeqs = new HashSet<SequenceI>();
1624       for (SequenceI seq : products)
1625       {
1626         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq
1627                 : seq.getDatasetSequence());
1628       }
1629     }
1630
1631     /*
1632      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1633      * The logic is:
1634      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1635      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1636      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1637      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1638      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1639      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1640      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1641      */
1642     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1643     {
1644       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1645               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1646
1647       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1648               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1649       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1650       {
1651         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1652                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1653
1654         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1655         {
1656           MapList mapList = aMapping.getMap();
1657           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1658           {
1659             /*
1660              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1661              */
1662             continue;
1663           }
1664
1665           /*
1666            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1667            */
1668           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1669           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1670           {
1671             continue;
1672           }
1673
1674           /*
1675            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1676            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1677            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1678            */
1679           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1680                   seqMappings, aMapping);
1681           if (cdsSeq != null)
1682           {
1683             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1684             {
1685               foundSeqs.add(cdsSeq);
1686               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1687               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1688               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1689               {
1690                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1691               }
1692             }
1693             continue;
1694           }
1695
1696           /*
1697            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1698            * its dataset sequence to the dataset
1699            */
1700           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1701                   dataset).deriveSequence();
1702           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1703           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1704           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1705           // or it will be the original nucleotide accession.
1706           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1707
1708           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1709
1710           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1711           {
1712             // check if this sequence is a newly created one
1713             // so needs adding to the dataset
1714             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1715           }
1716
1717           /*
1718            * add a mapping from CDS to the (unchanged) mapped to range
1719            */
1720           List<int[]> cdsRange = Collections
1721                   .singletonList(new int[]
1722                   { 1, cdsSeq.getLength() });
1723           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1724                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1725                   mapList.getToRatio());
1726           AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1727           cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1728                   cdsToProteinMap);
1729
1730           /*
1731            * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1732            */
1733           if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1734           {
1735             mappings.add(cdsToProteinMapping);
1736           }
1737
1738           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1739                   proteinProduct, aMapping);
1740           /*
1741            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1742            */
1743           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1744           MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1745                   cdsRange, 1, 1);
1746           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1747                   dnaToCdsMap);
1748           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1749           {
1750             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1751           }
1752
1753           /*
1754            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1755            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1756            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1757            * same source and accession, so need a different accession for
1758            * the CDS from the dna sequence
1759            */
1760
1761           // specific use case:
1762           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1763           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1764           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1765
1766           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1767           // need to
1768           // synthesize an xref.
1769
1770           for (DBRefEntry primRef : dnaDss.getPrimaryDBRefs())
1771           {
1772             // creates a complementary cross-reference to the source sequence's
1773             // primary reference.
1774
1775             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(primRef.getSource(),
1776                     primRef.getSource() + ":" + primRef.getVersion(),
1777                     primRef.getAccessionId());
1778             cdsCrossRef
1779                     .setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(dnaToCdsMap)));
1780             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1781
1782             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1783             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1784             // 'CDS|emblcdsacc'
1785             // assuming cds version same as dna ?!?
1786
1787             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(primRef.getSource(),
1788                     primRef.getVersion(), cdsSeq.getName());
1789             //
1790             proteinToCdsRef.setMap(
1791                     new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap.getInverse()));
1792             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1793           }
1794
1795           /*
1796            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1797            */
1798           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1799                   SequenceOntologyI.CDS);
1800         }
1801       }
1802     }
1803
1804     AlignmentI cds = new Alignment(
1805             cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs.size()]));
1806     cds.setDataset(dataset);
1807
1808     return cds;
1809   }
1810
1811   /**
1812    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1813    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1814    * the given dna sequence.
1815    * 
1816    * @param mappings
1817    *          set of all mappings on the dataset
1818    * @param dnaSeq
1819    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1820    * @param seqMappings
1821    *          the set of mappings involving dnaSeq
1822    * @param aMapping
1823    *          an initial candidate from seqMappings
1824    * @return
1825    */
1826   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1827           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1828           Mapping aMapping)
1829   {
1830     /*
1831      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1832      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1833      */
1834     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1835             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1836     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1837
1838     /*
1839      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1840      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1841      */
1842     int mappedFromLength = MappingUtils
1843             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1844     int dnaLength = seqDss.getLength();
1845     if (mappedFromLength == dnaLength
1846             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1847     {
1848       return seqDss;
1849     }
1850
1851     /*
1852      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1853      * corresponding cds-to-protein mapping
1854      */
1855     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1856             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1857     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1858     {
1859       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1860       {
1861         Mapping mapping = map.getMapping();
1862         if (mapping != aMapping
1863                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1864                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1865                 && seqDss != map.getFromSeq())
1866         {
1867           mappedFromLength = MappingUtils
1868                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1869           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1870           {
1871             /*
1872             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1873             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check it
1874             * is from the dna start sequence
1875             */
1876             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1877             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1878                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1879             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1880             {
1881               return cdsSeq;
1882             }
1883           }
1884         }
1885       }
1886     }
1887     return null;
1888   }
1889
1890   /**
1891    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1892    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1893    * forward or reverse strand).
1894    * 
1895    * @param seq
1896    * @param mapping
1897    * @param dataset
1898    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1899    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1900    *          just return that one.
1901    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1902    */
1903   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1904           AlignmentI dataset)
1905   {
1906     char[] seqChars = seq.getSequence();
1907     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
1908     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
1909     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
1910
1911     int newPos = 0;
1912     for (int[] range : fromRanges)
1913     {
1914       if (range[0] <= range[1])
1915       {
1916         // forward strand mapping - just copy the range
1917         int length = range[1] - range[0] + 1;
1918         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
1919                 length);
1920         newPos += length;
1921       }
1922       else
1923       {
1924         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
1925         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
1926         {
1927           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
1928         }
1929       }
1930     }
1931
1932     /*
1933      * assign 'from id' held in the mapping if set (e.g. EMBL protein_id),
1934      * else generate a sequence name
1935      */
1936     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1937     String seqId = "CDS|" + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1938     SequenceI newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
1939     if (dataset != null)
1940     {
1941       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
1942       if (matches != null)
1943       {
1944         boolean matched = false;
1945         for (SequenceI mtch : matches)
1946         {
1947           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
1948           {
1949             continue;
1950           }
1951           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
1952           {
1953             continue;
1954           }
1955           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
1956           {
1957             continue;
1958           }
1959           if (!matched)
1960           {
1961             matched = true;
1962             newSeq = mtch;
1963           }
1964           else
1965           {
1966             System.err.println(
1967                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
1968                             + mtch.toString());
1969           }
1970         }
1971       }
1972     }
1973     // newSeq.setDescription(mapFromId);
1974
1975     return newSeq;
1976   }
1977
1978   /**
1979    * add any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
1980    * the given mapping.
1981    * 
1982    * @param cdsSeq
1983    * @param contig
1984    * @param mapping
1985    * @return list of DBRefEntrys added.
1986    */
1987   public static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
1988           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
1989   {
1990
1991     // gather direct refs from contig congrent with mapping
1992     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<DBRefEntry>();
1993     HashSet<String> directSources = new HashSet<String>();
1994     if (contig.getDBRefs() != null)
1995     {
1996       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
1997       {
1998         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
1999         {
2000           MapList map = dbr.getMap().getMap();
2001           // check if map is the CDS mapping
2002           if (mapping.getMap().equals(map))
2003           {
2004             direct.add(dbr);
2005             directSources.add(dbr.getSource());
2006           }
2007         }
2008       }
2009     }
2010     DBRefEntry[] onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2011             proteinProduct.getDBRefs(),
2012             directSources.toArray(new String[0]));
2013     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<DBRefEntry>();
2014
2015     // and generate appropriate mappings
2016     for (DBRefEntry cdsref : direct)
2017     {
2018       // clone maplist and mapping
2019       MapList cdsposmap = new MapList(
2020               Arrays.asList(new int[][]
2021               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2022               cdsref.getMap().getMap().getToRanges(), 3, 1);
2023       Mapping cdsmap = new Mapping(cdsref.getMap().getTo(),
2024               cdsref.getMap().getMap());
2025
2026       // create dbref
2027       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2028               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2029               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2030
2031       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2032       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2033       // tranferring, so we assume accession is the same.
2034       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2035       {
2036         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2037                 cdsref.getAccessionId());
2038         if (sourceRefs != null)
2039         {
2040           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2041           {
2042             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2043             {
2044               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2045               // update mapping's getTo
2046               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2047             }
2048           }
2049         }
2050       }
2051       cdsSeq.addDBRef(newref);
2052       propagated.add(newref);
2053     }
2054     return propagated;
2055   }
2056
2057   /**
2058    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2059    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2060    * Returns the number of features copied.
2061    * 
2062    * @param fromSeq
2063    * @param toSeq
2064    * @param select
2065    *          if not null, only features of this type are copied (including
2066    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2067    * @param mapping
2068    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2069    * @param omitting
2070    */
2071   public static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2072           MapList mapping, String select, String... omitting)
2073   {
2074     SequenceI copyTo = toSeq;
2075     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2076     {
2077       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2078     }
2079
2080     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2081     int count = 0;
2082     SequenceFeature[] sfs = fromSeq.getSequenceFeatures();
2083     if (sfs != null)
2084     {
2085       for (SequenceFeature sf : sfs)
2086       {
2087         String type = sf.getType();
2088         if (select != null && !so.isA(type, select))
2089         {
2090           continue;
2091         }
2092         boolean omit = false;
2093         for (String toOmit : omitting)
2094         {
2095           if (type.equals(toOmit))
2096           {
2097             omit = true;
2098           }
2099         }
2100         if (omit)
2101         {
2102           continue;
2103         }
2104
2105         /*
2106          * locate the mapped range - null if either start or end is
2107          * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2108          */
2109         int start = sf.getBegin();
2110         int end = sf.getEnd();
2111         int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2112         /*
2113          * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2114          * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2115          */
2116         if (mappedTo == null)
2117         {
2118           mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2119           if (mappedTo != null)
2120           {
2121             /*
2122              * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2123              * to a range from the start of the peptide
2124              */
2125             mappedTo[0] = 1;
2126           }
2127         }
2128         if (mappedTo == null)
2129         {
2130           mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2131           if (mappedTo != null)
2132           {
2133             /*
2134              * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2135              * to a range up to the end of the peptide
2136              */
2137             mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2138           }
2139         }
2140         if (mappedTo != null)
2141         {
2142           SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf);
2143           copy.setBegin(Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]));
2144           copy.setEnd(Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]));
2145           copyTo.addSequenceFeature(copy);
2146           count++;
2147         }
2148       }
2149     }
2150     return count;
2151   }
2152
2153   /**
2154    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2155    * type "CDS" on the dna.
2156    * 
2157    * @param dnaSeq
2158    * @param proteinSeq
2159    * @return
2160    */
2161   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2162           SequenceI proteinSeq)
2163   {
2164     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2165     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2166
2167     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2168     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2169     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2170
2171     /*
2172      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2173      * we ignore both for mapping purposes
2174      */
2175     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2176     {
2177       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2178       proteinStart++;
2179       proteinLength--;
2180     }
2181     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<int[]>();
2182
2183     /*
2184      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2185      */
2186     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2187     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2188     {
2189       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2190       codesForResidues--;
2191     }
2192     if (codesForResidues == proteinLength)
2193     {
2194       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2195       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2196     }
2197     return null;
2198   }
2199
2200   /**
2201    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2202    * start/end positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2203    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2204    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2205    * sense as the protein product.
2206    * 
2207    * @param dnaSeq
2208    * @return
2209    */
2210   public static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2211   {
2212     List<int[]> result = new ArrayList<int[]>();
2213     SequenceFeature[] sfs = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2214     if (sfs == null)
2215     {
2216       return result;
2217     }
2218
2219     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2220     int startPhase = 0;
2221
2222     for (SequenceFeature sf : sfs)
2223     {
2224       /*
2225        * process a CDS feature (or a sub-type of CDS)
2226        */
2227       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.CDS))
2228       {
2229         int phase = 0;
2230         try
2231         {
2232           phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2233         } catch (NumberFormatException e)
2234         {
2235           // ignore
2236         }
2237         /*
2238          * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2239          * of the next codon; example ENST00000496384
2240          */
2241         int begin = sf.getBegin();
2242         int end = sf.getEnd();
2243         if (result.isEmpty())
2244         {
2245           begin += phase;
2246           if (begin > end)
2247           {
2248             // shouldn't happen!
2249             System.err.println(
2250                     "Error: start phase extends beyond start CDS in "
2251                             + dnaSeq.getName());
2252           }
2253         }
2254         result.add(new int[] { begin, end });
2255       }
2256     }
2257
2258     /*
2259      * remove 'startPhase' positions (usually 0) from the first range 
2260      * so we begin at the start of a complete codon
2261      */
2262     if (!result.isEmpty())
2263     {
2264       // TODO JAL-2022 correctly model start phase > 0
2265       result.get(0)[0] += startPhase;
2266     }
2267
2268     /*
2269      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2270      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2271      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2272      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2273      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2274      */
2275     Collections.sort(result, new RangeComparator(true));
2276     return result;
2277   }
2278
2279   /**
2280    * Maps exon features from dna to protein, and computes variants in peptide
2281    * product generated by variants in dna, and adds them as sequence_variant
2282    * features on the protein sequence. Returns the number of variant features
2283    * added.
2284    * 
2285    * @param dnaSeq
2286    * @param peptide
2287    * @param dnaToProtein
2288    */
2289   public static int computeProteinFeatures(SequenceI dnaSeq,
2290           SequenceI peptide, MapList dnaToProtein)
2291   {
2292     while (dnaSeq.getDatasetSequence() != null)
2293     {
2294       dnaSeq = dnaSeq.getDatasetSequence();
2295     }
2296     while (peptide.getDatasetSequence() != null)
2297     {
2298       peptide = peptide.getDatasetSequence();
2299     }
2300
2301     transferFeatures(dnaSeq, peptide, dnaToProtein, SequenceOntologyI.EXON);
2302
2303     /*
2304      * compute protein variants from dna variants and codon mappings;
2305      * NB - alternatively we could retrieve this using the REST service e.g.
2306      * http://rest.ensembl.org/overlap/translation
2307      * /ENSP00000288602?feature=transcript_variation;content-type=text/xml
2308      * which would be a bit slower but possibly more reliable
2309      */
2310
2311     /*
2312      * build a map with codon variations for each potentially varying peptide
2313      */
2314     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = buildDnaVariantsMap(
2315             dnaSeq, dnaToProtein);
2316
2317     /*
2318      * scan codon variations, compute peptide variants and add to peptide sequence
2319      */
2320     int count = 0;
2321     for (Entry<Integer, List<DnaVariant>[]> variant : variants.entrySet())
2322     {
2323       int peptidePos = variant.getKey();
2324       List<DnaVariant>[] codonVariants = variant.getValue();
2325       count += computePeptideVariants(peptide, peptidePos, codonVariants);
2326     }
2327
2328     /*
2329      * sort to get sequence features in start position order
2330      * - would be better to store in Sequence as a TreeSet or NCList?
2331      */
2332     if (peptide.getSequenceFeatures() != null)
2333     {
2334       Arrays.sort(peptide.getSequenceFeatures(),
2335               new Comparator<SequenceFeature>()
2336               {
2337                 @Override
2338                 public int compare(SequenceFeature o1, SequenceFeature o2)
2339                 {
2340                   int c = Integer.compare(o1.getBegin(), o2.getBegin());
2341                   return c == 0 ? Integer.compare(o1.getEnd(), o2.getEnd())
2342                           : c;
2343                 }
2344               });
2345     }
2346     return count;
2347   }
2348
2349   /**
2350    * Computes non-synonymous peptide variants from codon variants and adds them
2351    * as sequence_variant features on the protein sequence (one feature per
2352    * allele variant). Selected attributes (variant id, clinical significance)
2353    * are copied over to the new features.
2354    * 
2355    * @param peptide
2356    *          the protein sequence
2357    * @param peptidePos
2358    *          the position to compute peptide variants for
2359    * @param codonVariants
2360    *          a list of dna variants per codon position
2361    * @return the number of features added
2362    */
2363   static int computePeptideVariants(SequenceI peptide, int peptidePos,
2364           List<DnaVariant>[] codonVariants)
2365   {
2366     String residue = String.valueOf(peptide.getCharAt(peptidePos - 1));
2367     int count = 0;
2368     String base1 = codonVariants[0].get(0).base;
2369     String base2 = codonVariants[1].get(0).base;
2370     String base3 = codonVariants[2].get(0).base;
2371
2372     /*
2373      * variants in first codon base
2374      */
2375     for (DnaVariant var : codonVariants[0])
2376     {
2377       if (var.variant != null)
2378       {
2379         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2380         if (alleles != null)
2381         {
2382           for (String base : alleles.split(","))
2383           {
2384             String codon = base + base2 + base3;
2385             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2386             {
2387               count++;
2388             }
2389           }
2390         }
2391       }
2392     }
2393
2394     /*
2395      * variants in second codon base
2396      */
2397     for (DnaVariant var : codonVariants[1])
2398     {
2399       if (var.variant != null)
2400       {
2401         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2402         if (alleles != null)
2403         {
2404           for (String base : alleles.split(","))
2405           {
2406             String codon = base1 + base + base3;
2407             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2408             {
2409               count++;
2410             }
2411           }
2412         }
2413       }
2414     }
2415
2416     /*
2417      * variants in third codon base
2418      */
2419     for (DnaVariant var : codonVariants[2])
2420     {
2421       if (var.variant != null)
2422       {
2423         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2424         if (alleles != null)
2425         {
2426           for (String base : alleles.split(","))
2427           {
2428             String codon = base1 + base2 + base;
2429             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2430             {
2431               count++;
2432             }
2433           }
2434         }
2435       }
2436     }
2437
2438     return count;
2439   }
2440
2441   /**
2442    * Helper method that adds a peptide variant feature, provided the given codon
2443    * translates to a value different to the current residue (is a non-synonymous
2444    * variant). ID and clinical_significance attributes of the dna variant (if
2445    * present) are copied to the new feature.
2446    * 
2447    * @param peptide
2448    * @param peptidePos
2449    * @param residue
2450    * @param var
2451    * @param codon
2452    * @return true if a feature was added, else false
2453    */
2454   static boolean addPeptideVariant(SequenceI peptide, int peptidePos,
2455           String residue, DnaVariant var, String codon)
2456   {
2457     /*
2458      * get peptide translation of codon e.g. GAT -> D
2459      * note that variants which are not single alleles,
2460      * e.g. multibase variants or HGMD_MUTATION etc
2461      * are currently ignored here
2462      */
2463     String trans = codon.contains("-") ? "-"
2464             : (codon.length() > CODON_LENGTH ? null
2465                     : ResidueProperties.codonTranslate(codon));
2466     if (trans != null && !trans.equals(residue))
2467     {
2468       String residue3Char = StringUtils
2469               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(residue));
2470       String trans3Char = StringUtils
2471               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(trans));
2472       String desc = "p." + residue3Char + peptidePos + trans3Char;
2473       // set score to 0f so 'graduated colour' option is offered! JAL-2060
2474       SequenceFeature sf = new SequenceFeature(
2475               SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT, desc, peptidePos,
2476               peptidePos, 0f, var.getSource());
2477       StringBuilder attributes = new StringBuilder(32);
2478       String id = (String) var.variant.getValue(ID);
2479       if (id != null)
2480       {
2481         if (id.startsWith(SEQUENCE_VARIANT))
2482         {
2483           id = id.substring(SEQUENCE_VARIANT.length());
2484         }
2485         sf.setValue(ID, id);
2486         attributes.append(ID).append("=").append(id);
2487         // TODO handle other species variants JAL-2064
2488         StringBuilder link = new StringBuilder(32);
2489         try
2490         {
2491           link.append(desc).append(" ").append(id).append(
2492                   "|http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Summary?v=")
2493                   .append(URLEncoder.encode(id, "UTF-8"));
2494           sf.addLink(link.toString());
2495         } catch (UnsupportedEncodingException e)
2496         {
2497           // as if
2498         }
2499       }
2500       String clinSig = (String) var.variant.getValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE);
2501       if (clinSig != null)
2502       {
2503         sf.setValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE, clinSig);
2504         attributes.append(";").append(CLINICAL_SIGNIFICANCE).append("=")
2505                 .append(clinSig);
2506       }
2507       peptide.addSequenceFeature(sf);
2508       if (attributes.length() > 0)
2509       {
2510         sf.setAttributes(attributes.toString());
2511       }
2512       return true;
2513     }
2514     return false;
2515   }
2516
2517   /**
2518    * Builds a map whose key is position in the protein sequence, and value is a
2519    * list of the base and all variants for each corresponding codon position
2520    * 
2521    * @param dnaSeq
2522    * @param dnaToProtein
2523    * @return
2524    */
2525   @SuppressWarnings("unchecked")
2526   static LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> buildDnaVariantsMap(
2527           SequenceI dnaSeq, MapList dnaToProtein)
2528   {
2529     /*
2530      * map from peptide position to all variants of the codon which codes for it
2531      * LinkedHashMap ensures we keep the peptide features in sequence order
2532      */
2533     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = new LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]>();
2534     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2535
2536     SequenceFeature[] dnaFeatures = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2537     if (dnaFeatures == null)
2538     {
2539       return variants;
2540     }
2541
2542     int dnaStart = dnaSeq.getStart();
2543     int[] lastCodon = null;
2544     int lastPeptidePostion = 0;
2545
2546     /*
2547      * build a map of codon variations for peptides
2548      */
2549     for (SequenceFeature sf : dnaFeatures)
2550     {
2551       int dnaCol = sf.getBegin();
2552       if (dnaCol != sf.getEnd())
2553       {
2554         // not handling multi-locus variant features
2555         continue;
2556       }
2557       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT))
2558       {
2559         int[] mapsTo = dnaToProtein.locateInTo(dnaCol, dnaCol);
2560         if (mapsTo == null)
2561         {
2562           // feature doesn't lie within coding region
2563           continue;
2564         }
2565         int peptidePosition = mapsTo[0];
2566         List<DnaVariant>[] codonVariants = variants.get(peptidePosition);
2567         if (codonVariants == null)
2568         {
2569           codonVariants = new ArrayList[CODON_LENGTH];
2570           codonVariants[0] = new ArrayList<DnaVariant>();
2571           codonVariants[1] = new ArrayList<DnaVariant>();
2572           codonVariants[2] = new ArrayList<DnaVariant>();
2573           variants.put(peptidePosition, codonVariants);
2574         }
2575
2576         /*
2577          * extract dna variants to a string array
2578          */
2579         String alls = (String) sf.getValue("alleles");
2580         if (alls == null)
2581         {
2582           continue;
2583         }
2584         String[] alleles = alls.toUpperCase().split(",");
2585         int i = 0;
2586         for (String allele : alleles)
2587         {
2588           alleles[i++] = allele.trim(); // lose any space characters "A, G"
2589         }
2590
2591         /*
2592          * get this peptide's codon positions e.g. [3, 4, 5] or [4, 7, 10]
2593          */
2594         int[] codon = peptidePosition == lastPeptidePostion ? lastCodon
2595                 : MappingUtils.flattenRanges(dnaToProtein
2596                         .locateInFrom(peptidePosition, peptidePosition));
2597         lastPeptidePostion = peptidePosition;
2598         lastCodon = codon;
2599
2600         /*
2601          * save nucleotide (and any variant) for each codon position
2602          */
2603         for (int codonPos = 0; codonPos < CODON_LENGTH; codonPos++)
2604         {
2605           String nucleotide = String
2606                   .valueOf(dnaSeq.getCharAt(codon[codonPos] - dnaStart))
2607                   .toUpperCase();
2608           List<DnaVariant> codonVariant = codonVariants[codonPos];
2609           if (codon[codonPos] == dnaCol)
2610           {
2611             if (!codonVariant.isEmpty()
2612                     && codonVariant.get(0).variant == null)
2613             {
2614               /*
2615                * already recorded base value, add this variant
2616                */
2617               codonVariant.get(0).variant = sf;
2618             }
2619             else
2620             {
2621               /*
2622                * add variant with base value
2623                */
2624               codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide, sf));
2625             }
2626           }
2627           else if (codonVariant.isEmpty())
2628           {
2629             /*
2630              * record (possibly non-varying) base value
2631              */
2632             codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide));
2633           }
2634         }
2635       }
2636     }
2637     return variants;
2638   }
2639
2640   /**
2641    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2642    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2643    * sequences.
2644    * 
2645    * @param seqs
2646    * @param xrefs
2647    * @param dataset
2648    *          the alignment dataset shared by the new copy
2649    * @return
2650    */
2651   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2652           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2653   {
2654     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2655     copy.setDataset(dataset);
2656     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2657     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2658     if (xrefs != null)
2659     {
2660       for (SequenceI xref : xrefs)
2661       {
2662         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2663         if (dbrefs != null)
2664         {
2665           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2666           {
2667             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null
2668                     || dbref.getMap().getTo().isProtein() != isProtein)
2669             {
2670               continue;
2671             }
2672             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2673             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2674             if (match == null)
2675             {
2676               matcher.add(mappedTo);
2677               copy.addSequence(mappedTo);
2678             }
2679           }
2680         }
2681       }
2682     }
2683     return copy;
2684   }
2685
2686   /**
2687    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2688    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2689    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2690    * 
2691    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2692    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2693    * 
2694    * @param unaligned
2695    *          sequences to be aligned
2696    * @param aligned
2697    *          holds aligned sequences and their mappings
2698    * @return
2699    */
2700   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2701   {
2702     /*
2703      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2704      */
2705     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2706     {
2707       return unaligned.getHeight();
2708     }
2709
2710     /*
2711      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2712      */
2713     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<SequenceI>();
2714     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2715             unaligned, aligned, unmapped);
2716     int width = columnMap.size();
2717     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2718     int realignedCount = 0;
2719     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2720
2721     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2722     {
2723       if (!unmapped.contains(seq))
2724       {
2725         char[] newSeq = new char[width];
2726         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2727                                   // Integer iteration below
2728         int newCol = 0;
2729         int lastCol = 0;
2730
2731         /*
2732          * traverse the map to find columns populated
2733          * by our sequence
2734          */
2735         for (Integer column : columnMap.keySet())
2736         {
2737           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2738           if (c != null)
2739           {
2740             /*
2741              * sequence has a character at this position
2742              * 
2743              */
2744             newSeq[newCol] = c;
2745             lastCol = newCol;
2746           }
2747           newCol++;
2748         }
2749
2750         /*
2751          * trim trailing gaps
2752          */
2753         if (lastCol < width)
2754         {
2755           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2756           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2757           newSeq = tmp;
2758         }
2759         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2760         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2761         realignedCount++;
2762       }
2763     }
2764     return realignedCount;
2765   }
2766
2767   /**
2768    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2769    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2770    * true; else returns false
2771    * 
2772    * @param unaligned
2773    *          - sequences to be aligned based on aligned
2774    * @param aligned
2775    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2776    *          as unaligned
2777    * @return
2778    */
2779   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2780           AlignmentI aligned)
2781   {
2782     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2783     {
2784       return false; // should only pass alignments with datasets here
2785     }
2786
2787     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2788     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<SequenceI, List<SequenceI>>();
2789     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2790     {
2791       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2792       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2793       {
2794         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2795       }
2796       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2797     }
2798
2799     /*
2800      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a dataset
2801      * sequence with an aligned sequence
2802      */
2803     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2804     {
2805       if (!alignedDatasets.containsKey(seq.getDatasetSequence()))
2806       {
2807         return false;
2808       }
2809     }
2810
2811     /*
2812      * second pass - copy aligned sequences;
2813      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2814      * more than one shares the same dataset sequence 
2815      */
2816     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2817     {
2818       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2819               .get(seq.getDatasetSequence());
2820       // TODO: getSequenceAsString() will be deprecated in the future
2821       // TODO: need to leave to SequenceI implementor to update gaps
2822       seq.setSequence(alignedSequences.get(0).getSequenceAsString());
2823       if (alignedSequences.size() > 0)
2824       {
2825         // pop off aligned sequences (except the last one)
2826         alignedSequences.remove(0);
2827       }
2828     }
2829
2830     return true;
2831   }
2832
2833   /**
2834    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2835    * values are a map of sequence characters in that column.
2836    * 
2837    * @param unaligned
2838    * @param aligned
2839    * @param unmapped
2840    * @return
2841    */
2842   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2843           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2844           List<SequenceI> unmapped)
2845   {
2846     /*
2847      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2848      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2849      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2850      */
2851     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<Integer, Map<SequenceI, Character>>();
2852
2853     /*
2854      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2855      */
2856     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2857
2858     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2859
2860     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2861     {
2862       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2863       {
2864         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2865         if (fromSeq != null)
2866         {
2867           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2868           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2869           {
2870             unmapped.remove(seq);
2871           }
2872         }
2873       }
2874     }
2875     return map;
2876   }
2877
2878   /**
2879    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2880    * <br>
2881    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2882    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2883    * sequence.
2884    * 
2885    * @param seq
2886    *          the sequence whose column positions we are recording
2887    * @param fromSeq
2888    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2889    * @param seqMap
2890    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2891    * @param map
2892    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2893    *          positions of seq
2894    * @return
2895    */
2896   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2897           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2898   {
2899     if (seqMap == null)
2900     {
2901       return false;
2902     }
2903
2904     /*
2905      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2906      */
2907     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2908     {
2909       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2910               seqMap.getMap().getInverse());
2911     }
2912
2913     char[] fromChars = fromSeq.getSequence();
2914     int toStart = seq.getStart();
2915     char[] toChars = seq.getSequence();
2916
2917     /*
2918      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2919      */
2920     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2921     {
2922       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2923       {
2924         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2925
2926         /*
2927          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2928          */
2929         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2930                 fromRange[i + 1]);
2931         if (range == null)
2932         {
2933           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2934                   + fromSeq.getName());
2935           return false;
2936         }
2937         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2938         int mappedCharPos = range[0];
2939
2940         /*
2941          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2942          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2943          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2944          * the characters of the range have been counted
2945          */
2946         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromChars.length
2947                 && fromCol >= 0)
2948         {
2949           if (!Comparison.isGap(fromChars[fromCol - 1]))
2950           {
2951             /*
2952              * mapped from sequence has a character in this column
2953              * record the column position for the mapped to character
2954              */
2955             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2956             if (seqsMap == null)
2957             {
2958               seqsMap = new HashMap<SequenceI, Character>();
2959               map.put(fromCol, seqsMap);
2960             }
2961             seqsMap.put(seq, toChars[mappedCharPos - toStart]);
2962             mappedCharPos++;
2963           }
2964           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2965         }
2966       }
2967     }
2968     return true;
2969   }
2970
2971   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2972   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2973   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2974   {
2975     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2976     {
2977       String name = seq.getName();
2978       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2979       {
2980         return false;
2981       }
2982     }
2983     return true;
2984   }
2985 }