JAL-3438 spotless for 2.11.2.0
[jalview.git] / src / jalview / analysis / Conservation.java
index c216471..cbc4dca 100755 (executable)
 /*
- * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer
- * Copyright (C) 2007 AM Waterhouse, J Procter, G Barton, M Clamp, S Searle
- *
- * This program 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 2
+ * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
+ * Copyright (C) $$Year-Rel$$ 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.
- *
- * This program 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.
- *
+ *  
+ * 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 this program; if not, write to the Free Software
- * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA
+ * 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 jalview.datamodel.*;
+import java.util.Locale;
+
+import jalview.analysis.scoremodels.ScoreMatrix;
+import jalview.analysis.scoremodels.ScoreModels;
+import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
+import jalview.datamodel.Annotation;
+import jalview.datamodel.ResidueCount;
+import jalview.datamodel.ResidueCount.SymbolCounts;
+import jalview.datamodel.Sequence;
+import jalview.datamodel.SequenceI;
+import jalview.schemes.ResidueProperties;
+import jalview.util.Comparison;
+import jalview.util.Format;
+
+import java.awt.Color;
+import java.util.List;
+import java.util.Map;
+import java.util.Map.Entry;
+import java.util.SortedMap;
+import java.util.TreeMap;
+import java.util.Vector;
 
 /**
  * Calculates conservation values for a given set of sequences
- * 
- * @author $author$
- * @version $Revision$
  */
 public class Conservation
 {
+  /*
+   * need to have a minimum of 3% of sequences with a residue
+   * for it to be included in the conservation calculation
+   */
+  private static final int THRESHOLD_PERCENT = 3;
+
+  private static final int TOUPPERCASE = 'a' - 'A';
+
+  private static final int GAP_INDEX = -1;
+
+  private static final Format FORMAT_3DP = new Format("%2.5f");
+
   SequenceI[] sequences;
 
   int start;
 
   int end;
 
-  Vector seqNums; // vector of int vectors where first is sequence checksum
+  /*
+   * a list whose i'th element is an array whose first entry is the checksum
+   * of the i'th sequence, followed by residues encoded to score matrix index
+   */
+  Vector<int[]> seqNums;
 
   int maxLength = 0; // used by quality calcs
 
   boolean seqNumsChanged = false; // updated after any change via calcSeqNum;
 
-  Hashtable[] total;
+  /*
+   * a map per column with {property, conservation} where conservation value is
+   * 1 (property is conserved), 0 (absence of property is conserved) or -1
+   * (property is not conserved i.e. column has residues with and without it)
+   */
+  Map<String, Integer>[] total;
+
+  /*
+   * if true then conservation calculation will map all symbols to canonical aa
+   * numbering rather than consider conservation of that symbol
+   */
+  boolean canonicaliseAa = true;
+
+  private Vector<Double> quality;
 
-  boolean canonicaliseAa = true; // if true then conservation calculation will
-                                  // map all symbols to canonical aa numbering
-                                  // rather than consider conservation of that
-                                  // symbol
+  private double qualityMinimum;
 
-  /** Stores calculated quality values */
-  public Vector quality;
+  private double qualityMaximum;
 
-  /** Stores maximum and minimum values of quality values */
-  public Double[] qualityRange = new Double[2];
+  private Sequence consSequence;
 
-  String consString = "";
+  /*
+   * percentage of residues in a column to qualify for counting conservation
+   */
+  private int threshold;
 
-  Sequence consSequence;
+  private String name = "";
 
-  Hashtable propHash;
+  /*
+   * an array, for each column, of counts of symbols (by score matrix index)
+   */
+  private int[][] cons2;
 
-  int threshold;
+  /*
+   * gap counts for each column
+   */
+  private int[] cons2GapCounts;
 
-  String name = "";
+  private String[] consSymbs;
 
-  int[][] cons2;
+  /**
+   * Constructor using default threshold of 3%
+   * 
+   * @param name
+   *          Name of conservation
+   * @param sequences
+   *          sequences to be used in calculation
+   * @param start
+   *          start residue position
+   * @param end
+   *          end residue position
+   */
+  public Conservation(String name, List<SequenceI> sequences, int start,
+          int end)
+  {
+    this(name, THRESHOLD_PERCENT, sequences, start, end);
+  }
 
   /**
-   * Creates a new Conservation object.
+   * Constructor
    * 
    * @param name
-   *                Name of conservation
-   * @param propHash
-   *                hash of properties for each symbol
+   *          Name of conservation
    * @param threshold
-   *                to count the residues in residueHash(). commonly used value
-   *                is 3
+   *          percentage of sequences at or below which property conservation is
+   *          ignored
    * @param sequences
-   *                sequences to be used in calculation
+   *          sequences to be used in calculation
    * @param start
-   *                start residue position
+   *          start column position
    * @param end
-   *                end residue position
+   *          end column position
    */
-  public Conservation(String name, Hashtable propHash, int threshold,
-          Vector sequences, int start, int end)
+  public Conservation(String name, int threshold, List<SequenceI> sequences,
+          int start, int end)
   {
-
     this.name = name;
-    this.propHash = propHash;
     this.threshold = threshold;
     this.start = start;
     this.end = end;
 
     maxLength = end - start + 1; // default width includes bounds of
-                                  // calculation
+    // calculation
 
     int s, sSize = sequences.size();
     SequenceI[] sarray = new SequenceI[sSize];
     this.sequences = sarray;
-
-    for (s = 0; s < sSize; s++)
+    try
     {
-      sarray[s] = (SequenceI) sequences.elementAt(s);
-      if (sarray[s].getLength() > maxLength)
+      for (s = 0; s < sSize; s++)
       {
-        maxLength = sarray[s].getLength();
+        sarray[s] = sequences.get(s);
+        if (sarray[s].getLength() > maxLength)
+        {
+          maxLength = sarray[s].getLength();
+        }
       }
+    } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex)
+    {
+      // bail - another thread has modified the sequence array, so the current
+      // calculation is probably invalid.
+      this.sequences = new SequenceI[0];
+      maxLength = 0;
     }
   }
 
   /**
-   * Translate sequence i into a numerical 
-   * representation and store it in the i'th position of the seqNums array.
+   * Translate sequence i into score matrix indices and store it in the i'th
+   * position of the seqNums array.
    * 
    * @param i
+   * @param sm
    */
-  private void calcSeqNum(int i)
+  private void calcSeqNum(int i, ScoreMatrix sm)
   {
-    String sq = null; // for dumb jbuilder not-inited exception warning
-    int[] sqnum = null;
-
     int sSize = sequences.length;
 
     if ((i > -1) && (i < sSize))
     {
-      sq = sequences[i].getSequenceAsString();
+      String sq = sequences[i].getSequenceAsString();
 
       if (seqNums.size() <= i)
       {
         seqNums.addElement(new int[sq.length() + 1]);
       }
 
-      if (sq.hashCode() != ((int[]) seqNums.elementAt(i))[0])
+      /*
+       * the first entry in the array is the sequence's hashcode,
+       * following entries are matrix indices of sequence characters
+       */
+      if (sq.hashCode() != seqNums.elementAt(i)[0])
       {
         int j;
         int len;
@@ -145,14 +217,26 @@ public class Conservation
           maxLength = len;
         }
 
-        sqnum = new int[len + 1]; // better to always make a new array -
-                                  // sequence can change its length
+        int[] sqnum = new int[len + 1]; // better to always make a new array -
+        // sequence can change its length
         sqnum[0] = sq.hashCode();
 
         for (j = 1; j <= len; j++)
         {
-          sqnum[j] = jalview.schemes.ResidueProperties.aaIndex[sq
-                  .charAt(j - 1)];
+          // sqnum[j] = ResidueProperties.aaIndex[sq.charAt(j - 1)];
+          char residue = sq.charAt(j - 1);
+          if (Comparison.isGap(residue))
+          {
+            sqnum[j] = GAP_INDEX;
+          }
+          else
+          {
+            sqnum[j] = sm.getMatrixIndex(residue);
+            if (sqnum[j] == -1)
+            {
+              sqnum[j] = GAP_INDEX;
+            }
+          }
         }
 
         seqNums.setElementAt(sqnum, i);
@@ -165,8 +249,8 @@ public class Conservation
     else
     {
       // JBPNote INFO level debug
-      System.err
-              .println("ERROR: calcSeqNum called with out of range sequence index for Alignment\n");
+      System.err.println(
+              "ERROR: calcSeqNum called with out of range sequence index for Alignment\n");
     }
   }
 
@@ -175,175 +259,222 @@ public class Conservation
    */
   public void calculate()
   {
-    Hashtable resultHash, ht;
-    int thresh, j, jSize = sequences.length;
-    int[] values; // Replaces residueHash
-    String type, res = null;
-    char c;
-    Enumeration enumeration2;
+    int height = sequences.length;
 
-    total = new Hashtable[maxLength];
+    total = new Map[maxLength];
 
-    for (int i = start; i <= end; i++)
+    for (int column = start; column <= end; column++)
     {
-      values = new int[255];
+      ResidueCount values = countResidues(column);
+
+      /*
+       * percentage count at or below which we ignore residues
+       */
+      int thresh = (threshold * height) / 100;
 
-      for (j = 0; j < jSize; j++)
+      /*
+       * check observed residues in column and record whether each 
+       * physico-chemical property is conserved (+1), absence conserved (0),
+       * or not conserved (-1)
+       * Using TreeMap means properties are displayed in alphabetical order
+       */
+      SortedMap<String, Integer> resultHash = new TreeMap<>();
+      SymbolCounts symbolCounts = values.getSymbolCounts();
+      char[] symbols = symbolCounts.symbols;
+      int[] counts = symbolCounts.values;
+      for (int j = 0; j < symbols.length; j++)
       {
-        if (sequences[j].getLength() > i)
+        char c = symbols[j];
+        if (counts[j] > thresh)
         {
-          c = sequences[j].getCharAt(i);
+          recordConservation(resultHash, String.valueOf(c));
+        }
+      }
+      if (values.getGapCount() > thresh)
+      {
+        recordConservation(resultHash, "-");
+      }
 
-          if (canonicaliseAa)
-          { // lookup the base aa code symbol
-            c = (char) jalview.schemes.ResidueProperties.aaIndex[sequences[j]
-                    .getCharAt(i)];
-            if (c > 20)
-            {
-              c = '-';
-            }
-            else
-            {
-              // recover canonical aa symbol
-              c = jalview.schemes.ResidueProperties.aa[c].charAt(0);
-            }
-          }
-          else
-          {
-            // original behaviour - operate on ascii symbols directly
-            // No need to check if its a '-'
-            if (c == '.' || c == ' ')
-            {
-              c = '-';
-            }
+      if (total.length > 0)
+      {
+        total[column - start] = resultHash;
+      }
+    }
+  }
 
-            if (!canonicaliseAa && 'a' <= c && c <= 'z')
-            {
-              c -= (32); // 32 = 'a' - 'A'
-            }
-          }
-          values[c]++;
+  /**
+   * Updates the conservation results for an observed residue
+   * 
+   * @param resultMap
+   *          a map of {property, conservation} where conservation value is +1
+   *          (all residues have the property), 0 (no residue has the property)
+   *          or -1 (some do, some don't)
+   * @param res
+   */
+  protected static void recordConservation(Map<String, Integer> resultMap,
+          String res)
+  {
+    res = res.toUpperCase(Locale.ROOT);
+    for (Entry<String, Map<String, Integer>> property : ResidueProperties.propHash
+            .entrySet())
+    {
+      String propertyName = property.getKey();
+      Integer residuePropertyValue = property.getValue().get(res);
+
+      if (!resultMap.containsKey(propertyName))
+      {
+        /*
+         * first time we've seen this residue - note whether it has this property
+         */
+        if (residuePropertyValue != null)
+        {
+          resultMap.put(propertyName, residuePropertyValue);
         }
         else
         {
-          values['-']++;
+          /*
+           * unrecognised residue - use default value for property
+           */
+          resultMap.put(propertyName, property.getValue().get("-"));
         }
       }
-
-      // What is the count threshold to count the residues in residueHash()
-      thresh = (threshold * (jSize)) / 100;
-
-      // loop over all the found residues
-      resultHash = new Hashtable();
-      for (char v = '-'; v < 'Z'; v++)
+      else
       {
-
-        if (values[v] > thresh)
+        Integer currentResult = resultMap.get(propertyName);
+        if (currentResult.intValue() != -1
+                && !currentResult.equals(residuePropertyValue))
         {
-          res = String.valueOf(v);
-
-          // Now loop over the properties
-          enumeration2 = propHash.keys();
+          /*
+           * property is unconserved - residues seen both with and without it
+           */
+          resultMap.put(propertyName, Integer.valueOf(-1));
+        }
+      }
+    }
+  }
 
-          while (enumeration2.hasMoreElements())
-          {
-            type = (String) enumeration2.nextElement();
-            ht = (Hashtable) propHash.get(type);
+  /**
+   * Counts residues (upper-cased) and gaps in the given column
+   * 
+   * @param column
+   * @return
+   */
+  protected ResidueCount countResidues(int column)
+  {
+    ResidueCount values = new ResidueCount(false);
 
-            // Have we ticked this before?
-            if (!resultHash.containsKey(type))
-            {
-              if (ht.containsKey(res))
-              {
-                resultHash.put(type, ht.get(res));
-              }
-              else
-              {
-                resultHash.put(type, ht.get("-"));
-              }
-            }
-            else if (((Integer) resultHash.get(type)).equals((Integer) ht
-                    .get(res)) == false)
-            {
-              resultHash.put(type, new Integer(-1));
-            }
-          }
+    for (int row = 0; row < sequences.length; row++)
+    {
+      if (sequences[row].getLength() > column)
+      {
+        char c = sequences[row].getCharAt(column);
+        if (canonicaliseAa)
+        {
+          int index = ResidueProperties.aaIndex[c];
+          c = index > 20 ? '-' : ResidueProperties.aa[index].charAt(0);
+        }
+        else
+        {
+          c = toUpperCase(c);
+        }
+        if (Comparison.isGap(c))
+        {
+          values.addGap();
+        }
+        else
+        {
+          values.add(c);
         }
       }
-
-      total[i - start] = resultHash;
+      else
+      {
+        values.addGap();
+      }
     }
+    return values;
   }
 
-  /*****************************************************************************
-   * count conservation  for the j'th column of the alignment
-   * @return { gap count, conserved residue count}
+  /**
+   * Counts conservation and gaps for a column of the alignment
+   * 
+   * @return { 1 if fully conserved, else 0, gap count }
    */
-  public int[] countConsNGaps(int j)
+  public int[] countConservationAndGaps(int column)
   {
-    int count = 0;
-    int cons = 0;
-    int nres = 0;
-    int[] r = new int[2];
-    char f = '$';
-    int i, iSize = sequences.length;
-    char c;
+    int gapCount = 0;
+    boolean fullyConserved = true;
+    int iSize = sequences.length;
 
-    for (i = 0; i < iSize; i++)
+    if (iSize == 0)
+    {
+      return new int[] { 0, 0 };
+    }
+
+    char lastRes = '0';
+    for (int i = 0; i < iSize; i++)
     {
-      if (j >= sequences[i].getLength())
+      if (column >= sequences[i].getLength())
       {
-        count++;
+        gapCount++;
         continue;
       }
 
-      c = sequences[i].getCharAt(j); // gaps do not have upper/lower case
+      char c = sequences[i].getCharAt(column); // gaps do not have upper/lower
+                                               // case
 
-      if (jalview.util.Comparison.isGap((c)))
+      if (Comparison.isGap((c)))
       {
-        count++;
+        gapCount++;
       }
       else
       {
-        nres++;
-
-        if (nres == 1)
+        c = toUpperCase(c);
+        if (lastRes == '0')
         {
-          f = c;
-          cons++;
+          lastRes = c;
         }
-        else if (f == c)
+        if (c != lastRes)
         {
-          cons++;
+          fullyConserved = false;
         }
       }
     }
 
-    r[0] = (nres == cons) ? 1 : 0;
-    r[1] = count;
-
+    int[] r = new int[] { fullyConserved ? 1 : 0, gapCount };
     return r;
   }
 
   /**
+   * Returns the upper-cased character if between 'a' and 'z', else the
+   * unchanged value
+   * 
+   * @param c
+   * @return
+   */
+  char toUpperCase(char c)
+  {
+    if ('a' <= c && c <= 'z')
+    {
+      c -= TOUPPERCASE;
+    }
+    return c;
+  }
+
+  /**
    * Calculates the conservation sequence
    * 
-   * @param consflag
-   *                if true, poitiveve conservation; false calculates negative
-   *                conservation
-   * @param percentageGaps
-   *                commonly used value is 25
+   * @param positiveOnly
+   *          if true, calculate positive conservation; else calculate both
+   *          positive and negative conservation
+   * @param maxPercentageGaps
+   *          the percentage of gaps in a column, at or above which no
+   *          conservation is asserted
    */
-  public void verdict(boolean consflag, float percentageGaps)
+  public void verdict(boolean positiveOnly, float maxPercentageGaps)
   {
-    StringBuffer consString = new StringBuffer();
-    String type;
-    Integer result;
-    int[] gapcons;
-    int totGaps, count;
-    float pgaps;
-    Hashtable resultHash;
-    Enumeration enumeration;
+    // TODO call this at the end of calculate(), should not be a public method
+
+    StringBuilder consString = new StringBuilder(end);
 
     // NOTE THIS SHOULD CHECK IF THE CONSEQUENCE ALREADY
     // EXISTS AND NOT OVERWRITE WITH '-', BUT THIS CASE
@@ -352,42 +483,53 @@ public class Conservation
     {
       consString.append('-');
     }
-
+    consSymbs = new String[end - start + 1];
     for (int i = start; i <= end; i++)
     {
-      gapcons = countConsNGaps(i);
-      totGaps = gapcons[1];
-      pgaps = ((float) totGaps * 100) / (float) sequences.length;
+      int[] gapcons = countConservationAndGaps(i);
+      boolean fullyConserved = gapcons[0] == 1;
+      int totGaps = gapcons[1];
+      float pgaps = (totGaps * 100f) / sequences.length;
 
-      if (percentageGaps > pgaps)
+      if (maxPercentageGaps > pgaps)
       {
-        resultHash = total[i - start];
-
-        // Now find the verdict
-        count = 0;
-        enumeration = resultHash.keys();
-
-        while (enumeration.hasMoreElements())
+        Map<String, Integer> resultHash = total[i - start];
+        int count = 0;
+        StringBuilder positives = new StringBuilder(64);
+        StringBuilder negatives = new StringBuilder(32);
+        for (String type : resultHash.keySet())
         {
-          type = (String) enumeration.nextElement();
-          result = (Integer) resultHash.get(type);
-
-          // Do we want to count +ve conservation or +ve and -ve cons.?
-          if (consflag)
+          int result = resultHash.get(type).intValue();
+          if (result == -1)
           {
-            if (result.intValue() == 1)
-            {
-              count++;
-            }
+            /*
+             * not conserved (present or absent)
+             */
+            continue;
           }
-          else
+          count++;
+          if (result == 1)
           {
-            if (result.intValue() != -1)
-            {
-              count++;
-            }
+            /*
+             * positively conserved property (all residues have it)
+             */
+            positives.append(positives.length() == 0 ? "" : " ");
+            positives.append(type);
           }
+          if (result == 0 && !positiveOnly)
+          {
+            /*
+             * absense of property is conserved (all residues lack it)
+             */
+            negatives.append(negatives.length() == 0 ? "" : " ");
+            negatives.append("!").append(type);
+          }
+        }
+        if (negatives.length() > 0)
+        {
+          positives.append(" ").append(negatives);
         }
+        consSymbs[i - start] = positives.toString();
 
         if (count < 10)
         {
@@ -395,7 +537,7 @@ public class Conservation
         }
         else
         {
-          consString.append((gapcons[0] == 1) ? "*" : "+");
+          consString.append(fullyConserved ? "*" : "+");
         }
       }
       else
@@ -412,7 +554,7 @@ public class Conservation
    * 
    * @return Conservation sequence
    */
-  public Sequence getConsSequence()
+  public SequenceI getConsSequence()
   {
     return consSequence;
   }
@@ -420,136 +562,134 @@ public class Conservation
   // From Alignment.java in jalview118
   public void findQuality()
   {
-    findQuality(0, maxLength - 1);
+    findQuality(0, maxLength - 1, ScoreModels.getInstance().getBlosum62());
   }
 
   /**
    * DOCUMENT ME!
+   * 
+   * @param sm
    */
-  private void percentIdentity2()
+  private void percentIdentity(ScoreMatrix sm)
   {
-    seqNums = new Vector();
-    // calcSeqNum(s);
+    seqNums = new Vector<>();
     int i = 0, iSize = sequences.length;
     // Do we need to calculate this again?
     for (i = 0; i < iSize; i++)
     {
-      calcSeqNum(i);
+      calcSeqNum(i, sm);
     }
 
     if ((cons2 == null) || seqNumsChanged)
     {
+      // FIXME remove magic number 24 without changing calc
+      // sm.getSize() returns 25 so doesn't quite do it...
       cons2 = new int[maxLength][24];
+      cons2GapCounts = new int[maxLength];
 
-      // Initialize the array
-      for (int j = 0; j < 24; j++)
-      {
-        for (i = 0; i < maxLength; i++)
-        {
-          cons2[i][j] = 0;
-        }
-      }
-
-      int[] sqnum;
       int j = 0;
 
       while (j < sequences.length)
       {
-        sqnum = (int[]) seqNums.elementAt(j);
+        int[] sqnum = seqNums.elementAt(j);
 
         for (i = 1; i < sqnum.length; i++)
         {
-          cons2[i - 1][sqnum[i]]++;
+          int index = sqnum[i];
+          if (index == GAP_INDEX)
+          {
+            cons2GapCounts[i - 1]++;
+          }
+          else
+          {
+            cons2[i - 1][index]++;
+          }
         }
 
+        // TODO should this start from sqnum.length?
         for (i = sqnum.length - 1; i < maxLength; i++)
         {
-          cons2[i][23]++; // gap count
+          cons2GapCounts[i]++;
         }
-
         j++;
       }
-
-      // unnecessary ?
-
-      /*
-       * for (int i=start; i <= end; i++) { int max = -1000; int maxi = -1; int
-       * maxj = -1;
-       * 
-       * for (int j=0;j<24;j++) { if (cons2[i][j] > max) { max = cons2[i][j];
-       * maxi = i; maxj = j; }
-       *  } }
-       */
     }
   }
 
   /**
-   * Calculates the quality of the set of sequences
+   * Calculates the quality of the set of sequences over the given inclusive
+   * column range, using the specified substitution score matrix
    * 
-   * @param start
-   *                Start residue
-   * @param end
-   *                End residue
+   * @param startCol
+   * @param endCol
+   * @param scoreMatrix
    */
-  public void findQuality(int start, int end)
+  protected void findQuality(int startCol, int endCol,
+          ScoreMatrix scoreMatrix)
   {
-    quality = new Vector();
+    quality = new Vector<>();
 
-    double max = -10000;
-    int[][] BLOSUM62 = jalview.schemes.ResidueProperties.getBLOSUM62();
+    double max = -Double.MAX_VALUE;
+    float[][] scores = scoreMatrix.getMatrix();
 
-    // Loop over columns // JBPNote Profiling info
-    // long ts = System.currentTimeMillis();
-    // long te = System.currentTimeMillis();
-    percentIdentity2();
+    percentIdentity(scoreMatrix);
 
     int size = seqNums.size();
     int[] lengths = new int[size];
-    double tot, bigtot, sr, tmp;
-    double[] x, xx;
-    int l, j, i, ii, i2, k, seqNum;
 
-    for (l = 0; l < size; l++)
+    for (int l = 0; l < size; l++)
     {
-      lengths[l] = ((int[]) seqNums.elementAt(l)).length - 1;
+      lengths[l] = seqNums.elementAt(l).length - 1;
     }
 
-    for (j = start; j <= end; j++)
+    final int symbolCount = scoreMatrix.getSize();
+
+    for (int j = startCol; j <= endCol; j++)
     {
-      bigtot = 0;
+      double bigtot = 0;
 
       // First Xr = depends on column only
-      x = new double[24];
+      double[] x = new double[symbolCount];
 
-      for (ii = 0; ii < 24; ii++)
+      for (int ii = 0; ii < symbolCount; ii++)
       {
         x[ii] = 0;
 
-        for (i2 = 0; i2 < 24; i2++)
+        /*
+         * todo JAL-728 currently assuming last symbol in matrix is * for gap
+         * (which we ignore as counted separately); true for BLOSUM62 but may
+         * not be once alternative matrices are supported
+         */
+        for (int i2 = 0; i2 < symbolCount - 1; i2++)
         {
-          x[ii] += (((double) cons2[j][i2] * BLOSUM62[ii][i2]) + 4);
+          x[ii] += (((double) cons2[j][i2] * scores[ii][i2]) + 4D);
         }
+        x[ii] += 4D + cons2GapCounts[j] * scoreMatrix.getMinimumScore();
 
         x[ii] /= size;
       }
 
       // Now calculate D for each position and sum
-      for (k = 0; k < size; k++)
+      for (int k = 0; k < size; k++)
       {
-        tot = 0;
-        xx = new double[24];
-        seqNum = (j < lengths[k]) ? ((int[]) seqNums.elementAt(k))[j + 1]
-                : 23; // Sequence, or gap at the end
+        double tot = 0;
+        double[] xx = new double[symbolCount];
+        // sequence character index, or implied gap if sequence too short
+        int seqNum = (j < lengths[k]) ? seqNums.elementAt(k)[j + 1]
+                : GAP_INDEX;
 
-        // This is a loop over r
-        for (i = 0; i < 23; i++)
+        for (int i = 0; i < symbolCount - 1; i++)
         {
-          sr = 0;
-
-          sr = (double) BLOSUM62[i][seqNum] + 4;
+          double sr = 4D;
+          if (seqNum == GAP_INDEX)
+          {
+            sr += scoreMatrix.getMinimumScore();
+          }
+          else
+          {
+            sr += scores[i][seqNum];
+          }
 
-          // Calculate X with another loop over residues
-          // System.out.println("Xi " + i + " " + x[i] + " " + sr);
           xx[i] = x[i] - sr;
 
           tot += (xx[i] * xx[i]);
@@ -558,27 +698,21 @@ public class Conservation
         bigtot += Math.sqrt(tot);
       }
 
-      // This is the quality for one column
-      if (max < bigtot)
-      {
-        max = bigtot;
-      }
+      max = Math.max(max, bigtot);
 
-      // bigtot = bigtot * (size-cons2[j][23])/size;
-      quality.addElement(new Double(bigtot));
-
-      // Need to normalize by gaps
+      quality.addElement(Double.valueOf(bigtot));
     }
 
-    double newmax = -10000;
+    double newmax = -Double.MAX_VALUE;
 
-    for (j = start; j <= end; j++)
+    for (int j = startCol; j <= endCol; j++)
     {
-      tmp = ((Double) quality.elementAt(j)).doubleValue();
-      tmp = ((max - tmp) * (size - cons2[j][23])) / size;
+      double tmp = quality.elementAt(j).doubleValue();
+      // tmp = ((max - tmp) * (size - cons2[j][23])) / size;
+      tmp = ((max - tmp) * (size - cons2GapCounts[j])) / size;
 
       // System.out.println(tmp+ " " + j);
-      quality.setElementAt(new Double(tmp), j);
+      quality.setElementAt(Double.valueOf(tmp), j);
 
       if (tmp > newmax)
       {
@@ -586,8 +720,160 @@ public class Conservation
       }
     }
 
-    // System.out.println("Quality " + s);
-    qualityRange[0] = new Double(0);
-    qualityRange[1] = new Double(newmax);
+    qualityMinimum = 0D;
+    qualityMaximum = newmax;
+  }
+
+  /**
+   * Complete the given consensus and quuality annotation rows. Note: currently
+   * this method will reallocate the given annotation row if it is different to
+   * the calculated width, otherwise will leave its length unchanged.
+   * 
+   * @param conservation
+   *          conservation annotation row
+   * @param quality2
+   *          (optional - may be null)
+   * @param istart
+   *          first column for conservation
+   * @param alWidth
+   *          extent of conservation
+   */
+  public void completeAnnotations(AlignmentAnnotation conservation,
+          AlignmentAnnotation quality2, int istart, int alWidth)
+  {
+    SequenceI cons = getConsSequence();
+
+    /*
+     * colour scale for Conservation and Quality;
+     */
+    float minR = 0.3f;
+    float minG = 0.0f;
+    float minB = 0f;
+    float maxR = 1.0f - minR;
+    float maxG = 0.9f - minG;
+    float maxB = 0f - minB;
+
+    float min = 0f;
+    float max = 11f;
+    float qmin = 0f;
+    float qmax = 0f;
+
+    if (conservation != null && conservation.annotations != null
+            && conservation.annotations.length != alWidth)
+    {
+      conservation.annotations = new Annotation[alWidth];
+    }
+
+    if (quality2 != null)
+    {
+      quality2.graphMax = (float) qualityMaximum;
+      if (quality2.annotations != null
+              && quality2.annotations.length != alWidth)
+      {
+        quality2.annotations = new Annotation[alWidth];
+      }
+      qmin = (float) qualityMinimum;
+      qmax = (float) qualityMaximum;
+    }
+
+    for (int i = istart; i < alWidth; i++)
+    {
+      float value = 0;
+
+      char c = cons.getCharAt(i);
+
+      if (Character.isDigit(c))
+      {
+        value = c - '0';
+      }
+      else if (c == '*')
+      {
+        value = 11;
+      }
+      else if (c == '+')
+      {
+        value = 10;
+      }
+
+      if (conservation != null)
+      {
+        float vprop = value - min;
+        vprop /= max;
+        int consp = i - start;
+        String conssym = (value > 0 && consp > -1
+                && consp < consSymbs.length) ? consSymbs[consp] : "";
+        conservation.annotations[i] = new Annotation(String.valueOf(c),
+                conssym, ' ', value, new Color(minR + (maxR * vprop),
+                        minG + (maxG * vprop), minB + (maxB * vprop)));
+      }
+
+      // Quality calc
+      if (quality2 != null)
+      {
+        value = quality.elementAt(i).floatValue();
+        float vprop = value - qmin;
+        vprop /= qmax;
+        String description = FORMAT_3DP.form(value);
+        quality2.annotations[i] = new Annotation(" ", description, ' ',
+                value, new Color(minR + (maxR * vprop),
+                        minG + (maxG * vprop), minB + (maxB * vprop)));
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * construct and call the calculation methods on a new Conservation object
+   * 
+   * @param name
+   *          - name of conservation
+   * @param seqs
+   * @param start
+   *          first column in calculation window
+   * @param end
+   *          last column in calculation window
+   * @param positiveOnly
+   *          calculate positive (true) or positive and negative (false)
+   *          conservation
+   * @param maxPercentGaps
+   *          percentage of gaps tolerated in column
+   * @param calcQuality
+   *          flag indicating if alignment quality should be calculated
+   * @return Conservation object ready for use in visualization
+   */
+  public static Conservation calculateConservation(String name,
+          List<SequenceI> seqs, int start, int end, boolean positiveOnly,
+          int maxPercentGaps, boolean calcQuality)
+  {
+    Conservation cons = new Conservation(name, seqs, start, end);
+    cons.calculate();
+    cons.verdict(positiveOnly, maxPercentGaps);
+
+    if (calcQuality)
+    {
+      cons.findQuality();
+    }
+
+    return cons;
+  }
+
+  /**
+   * Returns the computed tooltip (annotation description) for a given column.
+   * The tip is empty if the conservation score is zero, otherwise holds the
+   * conserved properties (and, optionally, properties whose absence is
+   * conserved).
+   * 
+   * @param column
+   * @return
+   */
+  String getTooltip(int column)
+  {
+    SequenceI cons = getConsSequence();
+    char val = column < cons.getLength() ? cons.getCharAt(column) : '-';
+    boolean hasConservation = val != '-' && val != '0';
+    int consp = column - start;
+    String tip = (hasConservation && consp > -1 && consp < consSymbs.length)
+            ? consSymbs[consp]
+            : "";
+    return tip;
   }
 }