JAL-3761 locateInFrom/To revised with tests; unused methods removed
[jalview.git] / src / jalview / util / MapList.java
index 0d71bb4..198066d 100644 (file)
@@ -22,6 +22,7 @@ package jalview.util;
 
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Arrays;
+import java.util.BitSet;
 import java.util.List;
 
 /**
@@ -30,8 +31,6 @@ import java.util.List;
  * 
  * Use at your own risk!
  * 
- * TODO: efficient implementation of private posMap method
- * 
  * TODO: test/ensure that sense of from and to ratio start position is conserved
  * (codon start position recovery)
  */
@@ -406,7 +405,7 @@ public class MapList
    */
   protected int[][] makeFromMap()
   {
-    // TODO not used - remove??
+    // TODO only used for test - remove??
     return posMap(fromShifts, fromRatio, toShifts, toRatio);
   }
 
@@ -417,7 +416,7 @@ public class MapList
    */
   protected int[][] makeToMap()
   {
-    // TODO not used - remove??
+    // TODO only used for test - remove??
     return posMap(toShifts, toRatio, fromShifts, fromRatio);
   }
 
@@ -431,7 +430,7 @@ public class MapList
   private int[][] posMap(List<int[]> shiftTo, int ratio,
           List<int[]> shiftFrom, int toRatio)
   {
-    // TODO not used - remove??
+    // TODO only used for test - remove??
     int iv = 0, ivSize = shiftTo.size();
     if (iv >= ivSize)
     {
@@ -693,44 +692,6 @@ public class MapList
   }
 
   /**
-   * find series of intervals mapping from start-end in the From map.
-   * 
-   * @param start
-   *          position mapped 'to'
-   * @param end
-   *          position mapped 'to'
-   * @return series of [start, end] ranges in sequence mapped 'from'
-   */
-  public int[] locateInFrom(int start, int end)
-  {
-    return locateInFrom2(start, end);
-    
-    // inefficient implementation
-    // int fromStart[] = shiftTo(start);
-    // needs to be inclusive of end of symbol position
-    // int fromEnd[] = shiftTo(end);
-    // return getIntervals(fromShifts, fromStart, fromEnd, fromRatio);
-  }
-
-  /**
-   * find series of intervals mapping from start-end in the to map.
-   * 
-   * @param start
-   *          position mapped 'from'
-   * @param end
-   *          position mapped 'from'
-   * @return series of [start, end] ranges in sequence mapped 'to'
-   */
-  public int[] locateInTo(int start, int end)
-  {
-    return locateInTo2(start, end);
-    
-    // int toStart[] = shiftFrom(start);
-    // int toEnd[] = shiftFrom(end);
-    // return getIntervals(toShifts, toStart, toEnd, toRatio);
-  }
-
-  /**
    * like shift - except returns the intervals in the given vector of shifts
    * which were spanned in traversing fromStart to fromEnd
    * 
@@ -906,7 +867,6 @@ public class MapList
    */
   public int getToPosition(int mpos)
   {
-    // TODO not used - remove??
     int[] mp = shiftTo(mpos);
     if (mp != null)
     {
@@ -916,53 +876,6 @@ public class MapList
   }
 
   /**
-   * get range of positions in To frame for the mpos word in From
-   * 
-   * @param mpos
-   *          position in From
-   * @return null or int[] first position in To for mpos, last position in to
-   *         for Mpos
-   */
-  public int[] getToWord(int mpos)
-  {
-    int[] mp = shiftTo(mpos);
-    if (mp != null)
-    {
-      return new int[] { mp[0], mp[0] + mp[2] * (getFromRatio() - 1) };
-    }
-    return null;
-  }
-
-  /**
-   * get From position in the associated reference frame for position pos in the
-   * associated sequence.
-   * 
-   * @param pos
-   * @return
-   */
-  public int getMappedPosition(int pos)
-  {
-    // TODO not used - remove??
-    int[] mp = shiftFrom(pos);
-    if (mp != null)
-    {
-      return mp[0];
-    }
-    return pos;
-  }
-
-  public int[] getMappedWord(int pos)
-  {
-    // TODO not used - remove??
-    int[] mp = shiftFrom(pos);
-    if (mp != null)
-    {
-      return new int[] { mp[0], mp[0] + mp[2] * (getToRatio() - 1) };
-    }
-    return null;
-  }
-
-  /**
    * 
    * @return a MapList whose From range is this maplist's To Range, and vice
    *         versa
@@ -974,33 +887,6 @@ public class MapList
   }
 
   /**
-   * test for containment rather than equivalence to another mapping
-   * 
-   * @param map
-   *          to be tested for containment
-   * @return true if local or mapped range map contains or is contained by this
-   *         mapping
-   */
-  public boolean containsEither(boolean local, MapList map)
-  {
-    // TODO not used - remove?
-    if (local)
-    {
-      return ((getFromLowest() >= map.getFromLowest()
-              && getFromHighest() <= map.getFromHighest())
-              || (getFromLowest() <= map.getFromLowest()
-                      && getFromHighest() >= map.getFromHighest()));
-    }
-    else
-    {
-      return ((getToLowest() >= map.getToLowest()
-              && getToHighest() <= map.getToHighest())
-              || (getToLowest() <= map.getToLowest()
-                      && getToHighest() >= map.getToHighest()));
-    }
-  }
-
-  /**
    * String representation - for debugging, not guaranteed not to change
    */
   @Override
@@ -1233,7 +1119,7 @@ public class MapList
         toLength += Math.abs(transferred[i + 1] - transferred[i]) + 1;
         i += 2;
       }
-      
+
       /*
        * check we mapped the full range - if not, abort
        */
@@ -1258,56 +1144,51 @@ public class MapList
   }
 
   /**
-   * Returns the [start, end, start, end, ...] ranges in the 'from' range that
-   * map to positions between {@code start} and {@code end} in the 'to' range.
-   * Returns null if no mapped positions are found in start-end.
+   * Returns the [start1, end1, start2, end2, ...] positions in the 'from' range
+   * that map to positions between {@code start} and {@code end} in the 'to'
+   * range. Note that for a reverse strand mapping this will return ranges with
+   * end < start. Returns null if no mapped positions are found in start-end.
    * 
    * @param start
    * @param end
    * @return
    */
-  public int[] locateInFrom2(int start, int end)
+  public int[] locateInFrom(int start, int end)
   {
-    List<int[]> ranges = mapBetween(start, end, toShifts, fromShifts,
-            toRatio, fromRatio);
+    if (end < start)
+    {
+      int tmp = end;
+      end = start;
+      start = tmp;
+    }
 
-    // TODO: or just return the List and adjust calling code to match
-    return ranges.isEmpty() ? null : MappingUtils.rangeListToArray(ranges);
-  }
+    /*
+     * traverse toShifts and mark offsets in fromShifts 
+     * of any positions that lie in [start, end]
+     */
+    BitSet offsets = getMappedOffsetsForPositions(start, end, toShifts,
+            toRatio, fromRatio);
 
-  /**
-   * Returns the [start, end, start, end, ...] ranges in the 'to' range that map
-   * to the given start-end in the 'from' range. Returns null if either
-   * {@code start} or {@code end} is not a mapped 'from' range position.
-   * 
-   * @param start
-   * @param end
-   * @return
-   */
-  public int[] locateInTo2(int start, int end)
-  {
-    List<int[]> ranges = mapBetween(start, end, fromShifts, toShifts,
-            fromRatio, toRatio);
+    /*
+     * traverse fromShifts and collect positions at the marked offsets
+     */
+    List<int[]> mapped = getPositionsForOffsets(fromShifts, offsets);
 
-    return ranges.isEmpty() ? null : MappingUtils.rangeListToArray(ranges);
+    // TODO: or just return the List and adjust calling code to match
+    return mapped.isEmpty() ? null : MappingUtils.rangeListToArray(mapped);
   }
 
   /**
-   * A helper method for navigating the mapping. Returns a (possibly empty) list
-   * of [start-end] positions in {@code ranges2} that map to positions in
-   * {@code ranges1} between {@code start} and {@code end}.
+   * Returns the [start1, end1, start2, end2, ...] positions in the 'to' range
+   * that map to positions between {@code start} and {@code end} in the 'from'
+   * range. Note that for a reverse strand mapping this will return ranges with
+   * end < start. Returns null if no mapped positions are found in start-end.
    * 
    * @param start
    * @param end
-   * @param ranges1
-   * @param ranges2
-   * @param wordLength1
-   * @param wordLength2
    * @return
    */
-  final static List<int[]> mapBetween(int start, int end,
-          List<int[]> ranges1, List<int[]> ranges2, int wordLength1,
-          int wordLength2)
+  public int[] locateInTo(int start, int end)
   {
     if (end < start)
     {
@@ -1317,221 +1198,220 @@ public class MapList
     }
 
     /*
-     * first traverse ranges1 and record count of mapped positions 
-     * to any that overlap start-end
+     * traverse fromShifts and mark offsets in toShifts 
+     * of any positions that lie in [start, end]
      */
-    List<int[]> overlaps = findOverlapPositions(ranges1, start, end);
-    if (overlaps.isEmpty())
-    {
-      return overlaps;
-    }
-
-    /*
-     * convert positions to equivalent 'word' positions in ranges2
-     */
-    mapWords(overlaps, wordLength1, wordLength2);
+    BitSet offsets = getMappedOffsetsForPositions(start, end, fromShifts,
+            fromRatio, toRatio);
 
     /*
-     * walk ranges2 and record the values found at 
-     * the offsets in 'overlaps'
-     */
-    List<int[]> mapped = new ArrayList<>();
-    final int s1 = overlaps.size();
-    final int s2 = ranges2.size();
-    int ranges2Index = 0;
-    
-    /*
-     * count of mapped positions preceding ranges2[ranges2Index] 
+     * traverse toShifts and collect positions at the marked offsets
      */
-    int traversed = 0;
+    List<int[]> mapped = getPositionsForOffsets(toShifts, offsets);
 
-    /*
-     * for each [from-to] range in overlaps:
-     * - walk (what remains of) ranges2
-     * - record the values at offsets [from-to]
-     * - stop when past 'to' positions (or at end of ranges2)
-     */
-    for (int i = 0; i < s1; i++)
-    {
-      int[] overlap = overlaps.get(i);
-      final int toAdd = overlap[1] - overlap[0] + 1;
-      int added = 0; // how much of overlap has been 'found'
-      for (; added < toAdd && ranges2Index < s2; ranges2Index++)
-      {
-        int[] range2 = ranges2.get(ranges2Index);
-        int rangeStart = range2[0];
-        int rangeEnd = range2[1];
-        boolean reverseStrand = range2[1] < range2[0];
-        int rangeLength = Math.abs(rangeEnd - rangeStart) + 1;
-        if (traversed + rangeLength <= overlap[0])
-        {
-          /*
-           * precedes overlap - keep looking
-           */
-          traversed += rangeLength;
-          continue;
-        }
-        int overlapStart = overlap[0] - traversed;
-        int overlapEnd = Math.min(overlapStart + toAdd - added - 1,
-                rangeLength - 1);
-        int mappedFrom = range2[0] + (reverseStrand ? - overlapStart : overlapStart);
-        int mappedTo = range2[0] + (reverseStrand ? - overlapEnd : overlapEnd);
-        mapped.add(new int[] { mappedFrom, mappedTo });
-        int found = overlapEnd - overlapStart + 1;
-        added += found;
-        overlap[0] += found;
-        traversed += rangeLength;
-      }
-    }
-
-    return mapped;
+    return mapped.isEmpty() ? null : MappingUtils.rangeListToArray(mapped);
   }
 
   /**
-   * Converts the start-end positions (counted from zero) in the {@code ranges}
-   * list from one word length to another. Start-end positions are expanded if
-   * necessary to cover a whole word of length {@code wordLength1}. Positions
-   * are then divided by {@code wordLength1} and multiplied by
-   * {@code wordLength2} to give equivalent mapped words.
-   * <p>
-   * Put simply, this converts peptide residue positions to the corresponding
-   * codon ranges, and codons - including partial codons - to the corresponding
-   * peptide positions; for example
+   * Scans the list of {@code ranges} for any values (positions) that lie
+   * between start and end (inclusive), and records the <em>offsets</em> from
+   * the start of the list as a BitSet. The offset positions are converted to
+   * corresponding words in blocks of {@code wordLength2}.
    * 
    * <pre>
-   * [1, 10] with word lengths 3:1 converts (as if bases [0-11]) to [1, 4]
+   * For example:
+   * 1:1 (e.g. gene to CDS):
+   * ranges { [10-20], [31-40] }, wordLengthFrom = wordLength 2 = 1
+   *   for start = 1, end = 9, returns a BitSet with no bits set
+   *   for start = 1, end = 11, returns a BitSet with bits 0-1 set
+   *   for start = 15, end = 35, returns a BitSet with bits 5-15 set
+   * 1:3 (peptide to codon):
+   * ranges { [1-200] }, wordLengthFrom = 1, wordLength 2 = 3
+   *   for start = 9, end = 9, returns a BitSet with bits 24-26 set
+   * 3:1 (codon to peptide):
+   * ranges { [101-150], [171-180] }, wordLengthFrom = 3, wordLength 2 = 1
+   *   for start = 101, end = 102 (partial first codon), returns a BitSet with bit 0 set
+   *   for start = 150, end = 171 (partial 17th codon), returns a BitSet with bit 16 set
+   * 3:1 (circular DNA to peptide):
+   * ranges { [101-150], [21-30] }, wordLengthFrom = 3, wordLength 2 = 1
+   *   for start = 24, end = 40 (spans codons 18-20), returns a BitSet with bits 17-19 set
    * </pre>
    * 
+   * @param start
+   * @param end
    * @param ranges
-   * @param wordLength1
-   * @param wordLength2
+   * @param wordLengthFrom
+   * @param wordLengthTo
    * @return
    */
-  final static void mapWords(List<int[]> ranges, int wordLength1,
-          int wordLength2)
+  protected final static BitSet getMappedOffsetsForPositions(int start,
+          int end, List<int[]> ranges, int wordLengthFrom, int wordLengthTo)
   {
-    if (wordLength1 == 1 && wordLength2 == 1)
-    {
-      return; // nothing to do here
-    }
-    int s = ranges.size();
-    for (int i = 0; i < s; i++)
+    BitSet overlaps = new BitSet();
+    int offset = 0;
+    final int s1 = ranges.size();
+    for (int i = 0; i < s1; i++)
     {
       int[] range = ranges.get(i);
+      final int offset1 = offset;
+      int overlapStartOffset = -1;
+      int overlapEndOffset = -1;
 
-      /*
-       * expand range start to the start of a word, 
-       * and convert to wordLength2
-       */
-      range[0] -= range[0] % wordLength1;
-      range[0] = range[0] / wordLength1 * wordLength2;
+      if (range[1] >= range[0])
+      {
+        /*
+         * forward direction range
+         */
+        if (start <= range[1] && end >= range[0])
+        {
+          /*
+           * overlap
+           */
+          int overlapStart = Math.max(start, range[0]);
+          overlapStartOffset = offset1 + overlapStart - range[0];
+          int overlapEnd = Math.min(end, range[1]);
+          overlapEndOffset = offset1 + overlapEnd - range[0];
+        }
+      }
+      else
+      {
+        /*
+         * reverse direction range
+         */
+        if (start <= range[0] && end >= range[1])
+        {
+          /*
+           * overlap
+           */
+          int overlapStart = Math.max(start, range[1]);
+          int overlapEnd = Math.min(end, range[0]);
+          overlapStartOffset = offset1 + range[0] - overlapEnd;
+          overlapEndOffset = offset1 + range[0] - overlapStart;
+        }
+      }
 
-      /*
-       * similar calculation for range end, adding 
-       * (wordLength2 - 1) for end of mapped word
-       */
-      range[1] -= range[1] % wordLength1;
-      range[1] = range[1] / wordLength1 * wordLength2;
-      range[1] += wordLength2 - 1;
+      if (overlapStartOffset > -1)
+      {
+        /*
+         * found an overlap
+         */
+        if (wordLengthFrom != wordLengthTo)
+        {
+          /*
+           * convert any overlap found to whole words in the target range
+           * (e.g. treat any partial codon overlap as if the whole codon)
+           */
+          overlapStartOffset -= overlapStartOffset % wordLengthFrom;
+          overlapStartOffset = overlapStartOffset / wordLengthFrom
+                  * wordLengthTo;
+
+          /*
+           * similar calculation for range end, adding 
+           * (wordLength2 - 1) for end of mapped word
+           */
+          overlapEndOffset -= overlapEndOffset % wordLengthFrom;
+          overlapEndOffset = overlapEndOffset / wordLengthFrom
+                  * wordLengthTo;
+          overlapEndOffset += wordLengthTo - 1;
+        }
+        overlaps.set(overlapStartOffset, overlapEndOffset + 1);
+      }
+      offset += 1 + Math.abs(range[1] - range[0]);
     }
+    return overlaps;
   }
 
   /**
-   * Helper method that returns a (possibly empty) list of offsets in
-   * {@code ranges} to subranges that overlap {@code start-end} (where start <=
-   * end}. The list returned holds counts of the number of positions traversed
-   * (exclusive) to reach the overlapping positions, not the overlapping values.
-   * Returns null if there are no overlaps.
+   * Returns a (possibly empty) list of the [start-end] values (positions) at
+   * offsets in the {@code ranges} list that are marked by 'on' bits in the
+   * {@code offsets} bitset.
    * 
    * @param ranges
-   * @param start
-   * @param end
+   * @param offsets
    * @return
    */
-  final static List<int[]> findOverlapPositions(List<int[]> ranges,
-          int start, int end)
+  protected final static List<int[]> getPositionsForOffsets(
+          List<int[]> ranges, BitSet offsets)
   {
-    List<int[]> positions = new ArrayList<>();
-    int pos = 0;
-    int s = ranges.size();
-    for (int i = 0; i < s; i++)
+    List<int[]> mapped = new ArrayList<>();
+    if (offsets.isEmpty())
+    {
+      return mapped;
+    }
+
+    /*
+     * count of positions preceding ranges[i]
+     */
+    int traversed = 0;
+
+    /*
+     * for each [from-to] range in ranges:
+     * - find subranges (if any) at marked offsets
+     * - add the start-end values at the marked positions
+     */
+    final int toAdd = offsets.cardinality();
+    int added = 0;
+    final int s2 = ranges.size();
+    for (int i = 0; added < toAdd && i < s2; i++)
     {
       int[] range = ranges.get(i);
-      addOverlap(positions, pos, range, start, end);
-      pos += 1 + Math.abs(range[1] - range[0]);
+      added += addOffsetPositions(mapped, traversed, range, offsets);
+      traversed += Math.abs(range[1] - range[0]) + 1;
     }
-    return positions;
+    return mapped;
   }
 
   /**
-   * A helper method that checks whether {@code range} overlaps
-   * {@code start-end}, and if so adds the offset of the overlap in
-   * {@code range}, plus {@code pos}, to {@code positions}.
+   * Helper method that adds any start-end subranges of {@code range} that are
+   * at offsets in {@code range} marked by set bits in overlaps.
+   * {@code mapOffset} is added to {@code range} offset positions. Returns the
+   * count of positions added.
    * 
-   * @param positions
-   *          a list of map offsets to add to
-   * @param pos
-   *          the number of mapped positions already visited
+   * @param mapped
+   * @param mapOffset
    * @param range
-   *          a from-to range (may be forward or reverse)
-   * @param start
-   *          position to test for overlap in range
-   * @param end
-   *          position to test for overlap in range
+   * @param overlaps
    * @return
    */
-  final static void addOverlap(List<int[]> positions, int pos, int[] range,
-          int start, int end)
+  final static int addOffsetPositions(List<int[]> mapped,
+          final int mapOffset, final int[] range, final BitSet overlaps)
   {
-    if (range[1] >= range[0])
+    final int rangeLength = 1 + Math.abs(range[1] - range[0]);
+    final int step = range[1] < range[0] ? -1 : 1;
+    int offsetStart = 0; // offset into range
+    int added = 0;
+
+    while (offsetStart < rangeLength)
     {
       /*
-       * forward direction range
+       * find the start of the next marked overlap offset;
+       * if there is none, or it is beyond range, then finished
        */
-      if (start <= range[1] && end >= range[0])
+      int overlapStart = overlaps.nextSetBit(mapOffset + offsetStart);
+      if (overlapStart == -1 || overlapStart - mapOffset >= rangeLength)
       {
         /*
-         * overlap
+         * no more overlaps, or no more within range[]
          */
-        int overlapStart = Math.max(start, range[0]);
-        int overlapStartOffset = pos + overlapStart - range[0];
-        int overlapEnd = Math.min(end, range[1]);
-        int overlapEndOffset = pos + overlapEnd - range[0];
-        int[] lastOverlap = positions.isEmpty() ? null
-                : positions.get(positions.size() - 1);
-        if (lastOverlap != null && overlapStartOffset == lastOverlap[1] + 1)
-        {
-          /*
-           * just extending the last overlap range
-           */
-          lastOverlap[1] = overlapEndOffset;
-        }
-        else
-        {
-          /*
-           * add a new (discontiguous) overlap range
-           */
-          positions.add(new int[] { overlapStartOffset, overlapEndOffset });
-        }
+        return added;
       }
-    }
-    else
-    {
+      overlapStart -= mapOffset;
+
       /*
-       * reverse direction range
+       * end of the overlap range is just before the next clear bit;
+       * restrict it to end of range if necessary;
+       * note we may add a reverse strand range here (end < start)
        */
-      if (start <= range[0] && end >= range[1])
-      {
-        /*
-         * overlap
-         */
-        int overlapStart = Math.max(start, range[1]);
-        int overlapEnd = Math.min(end, range[0]);
-        positions
-                .add(new int[]
-                { pos + range[0] - overlapEnd,
-                    pos + range[0] - overlapStart });
-      }
+      int overlapEnd = overlaps.nextClearBit(mapOffset + overlapStart + 1);
+      overlapEnd = (overlapEnd == -1) ? rangeLength - 1
+              : Math.min(rangeLength - 1, overlapEnd - mapOffset - 1);
+      int startPosition = range[0] + step * overlapStart;
+      int endPosition = range[0] + step * overlapEnd;
+      mapped.add(new int[] { startPosition, endPosition });
+      offsetStart = overlapEnd + 1;
+      added += Math.abs(endPosition - startPosition) + 1;
     }
+
+    return added;
   }
 }