JAL-1645 Version-Rel Version 2.9 Year-Rel 2015 Licensing glob
[jalview.git] / src / jalview / analysis / AlignSeq.java
index 15727ef..241eeeb 100755 (executable)
@@ -1,29 +1,43 @@
 /*
- * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer (Version 2.5)
- * Copyright (C) 2010 J Procter, AM Waterhouse, G Barton, M Clamp, S Searle
+ * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer (Version 2.9)
+ * Copyright (C) 2015 The Jalview Authors
  * 
  * This file is part of Jalview.
  * 
  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
  * modify it under the terms of the GNU General Public License 
- * as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
- * 
+ * as published by the Free Software Foundation, either version 3
+ * of the License, or (at your option) any later version.
+ *  
  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
  * 
- * You should have received a copy of the GNU General Public License along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License
+ * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+ * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
  */
 package jalview.analysis;
 
-import java.util.*;
-
-import java.awt.*;
-
-import jalview.datamodel.*;
-import jalview.schemes.*;
-import jalview.util.*;
+import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
+import jalview.datamodel.AlignmentI;
+import jalview.datamodel.Mapping;
+import jalview.datamodel.Sequence;
+import jalview.datamodel.SequenceI;
+import jalview.schemes.ResidueProperties;
+import jalview.schemes.ScoreMatrix;
+import jalview.util.Comparison;
+import jalview.util.Format;
+import jalview.util.MapList;
+import jalview.util.MessageManager;
+
+import java.awt.Color;
+import java.awt.Graphics;
+import java.util.ArrayList;
+import java.util.Arrays;
+import java.util.List;
+import java.util.StringTokenizer;
 
 /**
  * 
@@ -37,13 +51,13 @@ public class AlignSeq
 
   public static final String DNA = "dna";
 
-  static String[] dna =
-  { "A", "C", "G", "T", "-" };
+  private static final String NEWLINE = System.lineSeparator();
+
+  static String[] dna = { "A", "C", "G", "T", "-" };
 
   // "C", "T", "A", "G", "-"};
-  static String[] pep =
-  { "A", "R", "N", "D", "C", "Q", "E", "G", "H", "I", "L", "K", "M", "F",
-      "P", "S", "T", "W", "Y", "V", "B", "Z", "X", "-" };
+  static String[] pep = { "A", "R", "N", "D", "C", "Q", "E", "G", "H", "I",
+      "L", "K", "M", "F", "P", "S", "T", "W", "Y", "V", "B", "Z", "X", "-" };
 
   int[][] score;
 
@@ -143,7 +157,7 @@ public class AlignSeq
   public AlignSeq(SequenceI s1, String string1, SequenceI s2,
           String string2, String type)
   {
-    SeqInit(s1, string1, s2, string2, type);
+    SeqInit(s1, string1.toUpperCase(), s2, string2.toUpperCase(), type);
   }
 
   /**
@@ -267,16 +281,44 @@ public class AlignSeq
   }
 
   /**
-   * DOCUMENT ME!
+   * 
+   * @return aligned instance of Seq 1
+   */
+  public SequenceI getAlignedSeq1()
+  {
+    SequenceI alSeq1 = new Sequence(s1.getName(), getAStr1());
+    alSeq1.setStart(s1.getStart() + getSeq1Start() - 1);
+    alSeq1.setEnd(s1.getStart() + getSeq1End() - 1);
+    alSeq1.setDatasetSequence(s1.getDatasetSequence() == null ? s1 : s1
+            .getDatasetSequence());
+    return alSeq1;
+  }
+
+  /**
+   * 
+   * @return aligned instance of Seq 2
+   */
+  public SequenceI getAlignedSeq2()
+  {
+    SequenceI alSeq2 = new Sequence(s2.getName(), getAStr2());
+    alSeq2.setStart(s2.getStart() + getSeq2Start() - 1);
+    alSeq2.setEnd(s2.getStart() + getSeq2End() - 1);
+    alSeq2.setDatasetSequence(s2.getDatasetSequence() == null ? s2 : s2
+            .getDatasetSequence());
+    return alSeq2;
+  }
+
+  /**
+   * Construct score matrix for sequences with standard DNA or PEPTIDE matrix
    * 
    * @param s1
-   *          DOCUMENT ME!
+   *          - sequence 1
    * @param string1
-   *          - string to align for sequence1
+   *          - string to use for s1
    * @param s2
-   *          sequence 2
+   *          - sequence 2
    * @param string2
-   *          - string to align for sequence2
+   *          - string to use for s2
    * @param type
    *          DNA or PEPTIDE
    */
@@ -289,6 +331,20 @@ public class AlignSeq
     SeqInit(string1, string2);
   }
 
+  /**
+   * Construct score matrix for sequences with custom substitution matrix
+   * 
+   * @param s1
+   *          - sequence 1
+   * @param string1
+   *          - string to use for s1
+   * @param s2
+   *          - sequence 2
+   * @param string2
+   *          - string to use for s2
+   * @param scoreMatrix
+   *          - substitution matrix to use for alignment
+   */
   public void SeqInit(SequenceI s1, String string1, SequenceI s2,
           String string2, ScoreMatrix scoreMatrix)
   {
@@ -382,19 +438,19 @@ public class AlignSeq
     {
       intToStr = pep;
       charToInt = ResidueProperties.aaIndex;
-      defInt = 23;
+      defInt = ResidueProperties.maxProteinIndex;
     }
     else if (type.equals(AlignSeq.DNA))
     {
       intToStr = dna;
       charToInt = ResidueProperties.nucleotideIndex;
-      defInt = 4;
+      defInt = ResidueProperties.maxNucleotideIndex;
     }
     else
     {
       output.append("Wrong type = dna or pep only");
-      throw new Error("Unknown Type " + type2
-              + " - dna or pep are the only allowed values.");
+      throw new Error(MessageManager.formatMessage(
+              "error.unknown_type_dna_or_pep", new String[] { type2 }));
     }
   }
 
@@ -501,32 +557,51 @@ public class AlignSeq
     // TODO: Use original sequence characters rather than re-translated
     // characters in output
     // Find the biggest id length for formatting purposes
+    String s1id = s1.getName(), s2id = s2.getName();
     int maxid = s1.getName().length();
     if (s2.getName().length() > maxid)
     {
       maxid = s2.getName().length();
     }
-
+    if (maxid > 30)
+    {
+      maxid = 30;
+      // JAL-527 - truncate the sequence ids
+      if (s1.getName().length() > maxid)
+      {
+        s1id = s1.getName().substring(0, 30);
+      }
+      if (s2.getName().length() > maxid)
+      {
+        s2id = s2.getName().substring(0, 30);
+      }
+    }
     int len = 72 - maxid - 1;
     int nochunks = ((aseq1.length - count) / len) + 1;
     pid = 0;
 
-    output.append("Score = " + score[maxi][maxj] + "\n");
-    output.append("Length of alignment = " + (aseq1.length - count) + "\n");
+    output.append("Score = ").append(score[maxi][maxj]).append(NEWLINE);
+    output.append("Length of alignment = ")
+            .append(String.valueOf(aseq1.length - count)).append(NEWLINE);
     output.append("Sequence ");
     output.append(new Format("%" + maxid + "s").form(s1.getName()));
-    output.append(" :  " + s1.getStart() + " - " + s1.getEnd()
-            + " (Sequence length = " + s1str.length() + ")\n");
+    output.append(" :  ").append(String.valueOf(s1.getStart()))
+            .append(" - ").append(String.valueOf(s1.getEnd()));
+    output.append(" (Sequence length = ")
+            .append(String.valueOf(s1str.length())).append(")")
+            .append(NEWLINE);
     output.append("Sequence ");
     output.append(new Format("%" + maxid + "s").form(s2.getName()));
-    output.append(" :  " + s2.getStart() + " - " + s2.getEnd()
-            + " (Sequence length = " + s2str.length() + ")\n\n");
+    output.append(" :  ").append(String.valueOf(s2.getStart()))
+            .append(" - ").append(String.valueOf(s2.getEnd()));
+    output.append(" (Sequence length = ")
+            .append(String.valueOf(s2str.length())).append(")")
+            .append(NEWLINE).append(NEWLINE);
 
     for (int j = 0; j < nochunks; j++)
     {
       // Print the first aligned sequence
-      output.append(new Format("%" + (maxid) + "s").form(s1.getName())
-              + " ");
+      output.append(new Format("%" + (maxid) + "s").form(s1id)).append(" ");
 
       for (int i = 0; i < len; i++)
       {
@@ -536,8 +611,8 @@ public class AlignSeq
         }
       }
 
-      output.append("\n");
-      output.append(new Format("%" + (maxid) + "s").form(" ") + " ");
+      output.append(NEWLINE);
+      output.append(new Format("%" + (maxid) + "s").form(" ")).append(" ");
 
       // Print out the matching chars
       for (int i = 0; i < len; i++)
@@ -571,10 +646,9 @@ public class AlignSeq
       }
 
       // Now print the second aligned sequence
-      output = output.append("\n");
-      output = output.append(new Format("%" + (maxid) + "s").form(s2
-              .getName())
-              + " ");
+      output = output.append(NEWLINE);
+      output = output.append(new Format("%" + (maxid) + "s").form(s2id))
+              .append(" ");
 
       for (int i = 0; i < len; i++)
       {
@@ -584,10 +658,10 @@ public class AlignSeq
         }
       }
 
-      output = output.append("\n\n");
+      output.append(NEWLINE).append(NEWLINE);
     }
 
-    pid = pid / (float) (aseq1.length - count) * 100;
+    pid = pid / (aseq1.length - count) * 100;
     output = output.append(new Format("Percentage ID = %2.2f\n\n")
             .form(pid));
 
@@ -738,19 +812,23 @@ public class AlignSeq
   }
 
   /**
-   * DOCUMENT ME!
+   * Returns the given sequence with all of the given gap characters removed.
    * 
-   * @param gapChar
-   *          DOCUMENT ME!
+   * @param gapChars
+   *          a string of characters to be treated as gaps
    * @param seq
-   *          DOCUMENT ME!
+   *          the input sequence
    * 
-   * @return DOCUMENT ME!
+   * @return
    */
-  public static String extractGaps(String gapChar, String seq)
+  public static String extractGaps(String gapChars, String seq)
   {
-    StringTokenizer str = new StringTokenizer(seq, gapChar);
-    StringBuffer newString = new StringBuffer();
+    if (gapChars == null || seq == null)
+    {
+      return null;
+    }
+    StringTokenizer str = new StringTokenizer(seq, gapChars);
+    StringBuilder newString = new StringBuilder(seq.length());
 
     while (str.hasMoreTokens())
     {
@@ -907,4 +985,286 @@ public class AlignSeq
       }
     }
   }
+
+  /**
+   * Compute a globally optimal needleman and wunsch alignment between two
+   * sequences
+   * 
+   * @param s1
+   * @param s2
+   * @param type
+   *          AlignSeq.DNA or AlignSeq.PEP
+   */
+  public static AlignSeq doGlobalNWAlignment(SequenceI s1, SequenceI s2,
+          String type)
+  {
+    AlignSeq as = new AlignSeq(s1, s2, type);
+
+    as.calcScoreMatrix();
+    as.traceAlignment();
+    return as;
+  }
+
+  /**
+   * 
+   * @return mapping from positions in S1 to corresponding positions in S2
+   */
+  public jalview.datamodel.Mapping getMappingFromS1(boolean allowmismatch)
+  {
+    ArrayList<Integer> as1 = new ArrayList<Integer>(), as2 = new ArrayList<Integer>();
+    int pdbpos = s2.getStart() + getSeq2Start() - 2;
+    int alignpos = s1.getStart() + getSeq1Start() - 2;
+    int lp2 = pdbpos - 3, lp1 = alignpos - 3;
+    boolean lastmatch = false;
+    // and now trace the alignment onto the atom set.
+    for (int i = 0; i < astr1.length(); i++)
+    {
+      char c1 = astr1.charAt(i), c2 = astr2.charAt(i);
+      if (c1 != '-')
+      {
+        alignpos++;
+      }
+
+      if (c2 != '-')
+      {
+        pdbpos++;
+      }
+
+      if (allowmismatch || c1 == c2)
+      {
+        // extend mapping interval
+        if (lp1 + 1 != alignpos || lp2 + 1 != pdbpos)
+        {
+          as1.add(Integer.valueOf(alignpos));
+          as2.add(Integer.valueOf(pdbpos));
+        }
+        lastmatch = true;
+        lp1 = alignpos;
+        lp2 = pdbpos;
+      }
+      else
+      {
+        // extend mapping interval
+        if (lastmatch)
+        {
+          as1.add(Integer.valueOf(lp1));
+          as2.add(Integer.valueOf(lp2));
+        }
+        lastmatch = false;
+      }
+    }
+    // construct range pairs
+
+    int[] mapseq1 = new int[as1.size() + (lastmatch ? 1 : 0)], mapseq2 = new int[as2
+            .size() + (lastmatch ? 1 : 0)];
+    int i = 0;
+    for (Integer ip : as1)
+    {
+      mapseq1[i++] = ip;
+    }
+    ;
+    i = 0;
+    for (Integer ip : as2)
+    {
+      mapseq2[i++] = ip;
+    }
+    ;
+    if (lastmatch)
+    {
+      mapseq1[mapseq1.length - 1] = alignpos;
+      mapseq2[mapseq2.length - 1] = pdbpos;
+    }
+    MapList map = new MapList(mapseq1, mapseq2, 1, 1);
+
+    jalview.datamodel.Mapping mapping = new Mapping(map);
+    mapping.setTo(s2);
+    return mapping;
+  }
+
+  /**
+   * matches ochains against al and populates seqs with the best match between
+   * each ochain and the set in al
+   * 
+   * @param ochains
+   * @param al
+   * @param dnaOrProtein
+   * @param removeOldAnnots
+   *          when true, old annotation is cleared before new annotation
+   *          transferred
+   * @return List<List<SequenceI> originals, List<SequenceI> replacement,
+   *         List<AlignSeq> alignment between each>
+   */
+  public static List<List<? extends Object>> replaceMatchingSeqsWith(
+          List<SequenceI> seqs, List<AlignmentAnnotation> annotations,
+          List<SequenceI> ochains, AlignmentI al, String dnaOrProtein,
+          boolean removeOldAnnots)
+  {
+    List<SequenceI> orig = new ArrayList<SequenceI>(), repl = new ArrayList<SequenceI>();
+    List<AlignSeq> aligs = new ArrayList<AlignSeq>();
+    if (al != null && al.getHeight() > 0)
+    {
+      ArrayList<SequenceI> matches = new ArrayList<SequenceI>();
+      ArrayList<AlignSeq> aligns = new ArrayList<AlignSeq>();
+
+      for (SequenceI sq : ochains)
+      {
+        SequenceI bestm = null;
+        AlignSeq bestaseq = null;
+        int bestscore = 0;
+        for (SequenceI msq : al.getSequences())
+        {
+          AlignSeq aseq = doGlobalNWAlignment(msq, sq, dnaOrProtein);
+          if (bestm == null || aseq.getMaxScore() > bestscore)
+          {
+            bestscore = aseq.getMaxScore();
+            bestaseq = aseq;
+            bestm = msq;
+          }
+        }
+        System.out.println("Best Score for " + (matches.size() + 1) + " :"
+                + bestscore);
+        matches.add(bestm);
+        aligns.add(bestaseq);
+        al.deleteSequence(bestm);
+      }
+      for (int p = 0, pSize = seqs.size(); p < pSize; p++)
+      {
+        SequenceI sq, sp = seqs.get(p);
+        int q;
+        if ((q = ochains.indexOf(sp)) > -1)
+        {
+          seqs.set(p, sq = matches.get(q));
+          orig.add(sp);
+          repl.add(sq);
+          sq.setName(sp.getName());
+          sq.setDescription(sp.getDescription());
+          Mapping sp2sq;
+          sq.transferAnnotation(sp,
+                  sp2sq = aligns.get(q).getMappingFromS1(false));
+          aligs.add(aligns.get(q));
+          int inspos = -1;
+          for (int ap = 0; ap < annotations.size();)
+          {
+            if (annotations.get(ap).sequenceRef == sp)
+            {
+              if (inspos == -1)
+              {
+                inspos = ap;
+              }
+              if (removeOldAnnots)
+              {
+                annotations.remove(ap);
+              }
+              else
+              {
+                AlignmentAnnotation alan = annotations.remove(ap);
+                alan.liftOver(sq, sp2sq);
+                alan.setSequenceRef(sq);
+                sq.addAlignmentAnnotation(alan);
+              }
+            }
+            else
+            {
+              ap++;
+            }
+          }
+          if (sq.getAnnotation() != null && sq.getAnnotation().length > 0)
+          {
+            annotations.addAll(inspos == -1 ? annotations.size() : inspos,
+                    Arrays.asList(sq.getAnnotation()));
+          }
+        }
+      }
+    }
+    return Arrays.asList(orig, repl, aligs);
+  }
+
+  /**
+   * compute the PID vector used by the redundancy filter.
+   * 
+   * @param originalSequences
+   *          - sequences in alignment that are to filtered
+   * @param omitHidden
+   *          - null or strings to be analysed (typically, visible portion of
+   *          each sequence in alignment)
+   * @param start
+   *          - first column in window for calculation
+   * @param end
+   *          - last column in window for calculation
+   * @param ungapped
+   *          - if true then use ungapped sequence to compute PID
+   * @return vector containing maximum PID for i-th sequence and any sequences
+   *         longer than that seuqence
+   */
+  public static float[] computeRedundancyMatrix(
+          SequenceI[] originalSequences, String[] omitHidden, int start,
+          int end, boolean ungapped)
+  {
+    int height = originalSequences.length;
+    float[] redundancy = new float[height];
+    int[] lngth = new int[height];
+    for (int i = 0; i < height; i++)
+    {
+      redundancy[i] = 0f;
+      lngth[i] = -1;
+    }
+
+    // long start = System.currentTimeMillis();
+
+    float pid;
+    String seqi, seqj;
+    for (int i = 0; i < height; i++)
+    {
+
+      for (int j = 0; j < i; j++)
+      {
+        if (i == j)
+        {
+          continue;
+        }
+
+        if (omitHidden == null)
+        {
+          seqi = originalSequences[i].getSequenceAsString(start, end);
+          seqj = originalSequences[j].getSequenceAsString(start, end);
+        }
+        else
+        {
+          seqi = omitHidden[i];
+          seqj = omitHidden[j];
+        }
+        if (lngth[i] == -1)
+        {
+          String ug = AlignSeq.extractGaps(Comparison.GapChars, seqi);
+          lngth[i] = ug.length();
+          if (ungapped)
+          {
+            seqi = ug;
+          }
+        }
+        if (lngth[j] == -1)
+        {
+          String ug = AlignSeq.extractGaps(Comparison.GapChars, seqj);
+          lngth[j] = ug.length();
+          if (ungapped)
+          {
+            seqj = ug;
+          }
+        }
+        pid = Comparison.PID(seqi, seqj);
+
+        // use real sequence length rather than string length
+        if (lngth[j] < lngth[i])
+        {
+          redundancy[j] = Math.max(pid, redundancy[j]);
+        }
+        else
+        {
+          redundancy[i] = Math.max(pid, redundancy[i]);
+        }
+
+      }
+    }
+    return redundancy;
+  }
 }