]> git.donarmstrong.com Git - biopieces.git/blob - code_ruby/lib/maasha/align/pair.rb
clearnup of pair align code
[biopieces.git] / code_ruby / lib / maasha / align / pair.rb
1 # Copyright (C) 2007-2012 Martin A. Hansen.
2
3 # This program is free software; you can redistribute it and/or
4 # modify it under the terms of the GNU General Public License
5 # as published by the Free Software Foundation; either version 2
6 # of the License, or (at your option) any later version.
7
8 # This program is distributed in the hope that it will be useful,
9 # but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
10 # MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
11 # GNU General Public License for more details.
12
13 # You should have received a copy of the GNU General Public License
14 # along with this program; if not, write to the Free Software
15 # Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
16
17 # http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html
18
19 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
20
21 # This software is part of the Biopieces framework (www.biopieces.org).
22
23 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
24
25 require 'maasha/align/match'
26 require 'maasha/math_aux'
27
28 FACTOR_SCORE_LENGTH =  1.0
29 FACTOR_SCORE_DIAG   = -1.41
30 KMER                = 32
31
32 # Module with stuff to create a pairwise aligment.
33 module PairAlign
34   # Class for creating a pairwise alignment.
35   class AlignPair
36     # Class method to create a pairwise alignment of two given Seq objects.
37     def self.align(q_entry, s_entry)
38       self.new(q_entry, s_entry)
39     end
40
41     # Method to inialize a pairwise alignment given two Seq objects.
42     def initialize(q_entry, s_entry)
43       @q_entry = q_entry
44       @s_entry = s_entry
45       @matches = []
46
47       @q_entry.seq.downcase!
48       @s_entry.seq.downcase!
49
50       space = Space.new(0, 0, @q_entry.length - 1, @s_entry.length - 1)
51
52       align_recurse(@q_entry.seq, @s_entry.seq, space, KMER)
53       matches_upcase
54       gaps_insert
55     end
56
57     private
58
59     # Method that creates an alignment by chaining matches, which are
60     # subsequences shared between two sequences. This recursive method
61     # functions by considering only matches within a given search space. If no
62     # matches are given these will be located and matches will be included
63     # depending on a calculated score. New search spaces spanning the spaces
64     # between the best scoring matches and the search space boundaries will be
65     # cast and recursed into.
66     def align_recurse(q_seq, s_seq, space, kmer, matches = [])
67       matches = matches_select_by_space(matches, space)
68       matches = matches_select_by_score(matches, space)
69
70       while (matches.size == 0 and kmer > 0)
71         matches = Matches.find(q_seq, s_seq, space.q_min, space.s_min, space.q_max, space.s_max, kmer)
72
73         if @matches.empty?
74           matches.sort_by! { |m| m.length }
75         else
76           matches = matches_select_by_score(matches, space)
77         end
78
79         kmer /= 2
80       end
81
82       if best_match = matches.pop
83         @matches << best_match
84
85         space_left  = Space.new(space.q_min, space.s_min, best_match.q_beg - 1, best_match.s_beg - 1)
86         space_right = Space.new(best_match.q_end + 1, best_match.s_end + 1, space.q_max, space.s_max)
87
88         align_recurse(q_seq, s_seq, space_left, kmer, matches)  unless space_left.empty?
89         align_recurse(q_seq, s_seq, space_right, kmer, matches) unless space_right.empty?
90       end
91     end
92
93     # Method to select matches that lies within the search space.
94     def matches_select_by_space(matches, space)
95       new_matches = matches.select do |match|
96         match.q_beg >= space.q_min and
97         match.s_beg >= space.s_min and
98         match.q_end <= space.q_max and
99         match.s_end <= space.s_max
100       end
101
102       new_matches
103     end
104
105     # Method to select matches based on score.
106     def matches_select_by_score(matches, space)
107       matches_score(matches, space)
108
109       matches.select { |match| match.score > 0 }
110     end
111
112     def matches_score(matches, space)
113       matches.each do |match|
114         score_length = match_score_length(match)
115         score_diag   = match_score_diag(match, space)
116
117         match.score = score_length + score_diag
118       end
119
120       matches.sort_by! { |match| match.score }
121     end
122
123     def match_score_length(match)
124       match.length * FACTOR_SCORE_LENGTH
125     end
126
127     def match_score_diag(match, space)
128       if space.q_dim > space.s_dim   # s_dim is the narrow end
129         dist_beg = Math.dist_point2line(match.q_beg,
130                                         match.s_beg,
131                                         space.q_min,
132                                         space.s_min,
133                                         space.q_min + space.s_dim,
134                                         space.s_min + space.s_dim)
135
136         dist_end = Math.dist_point2line( match.q_beg,
137                                          match.s_beg,
138                                          space.q_max - space.s_dim,
139                                          space.s_max - space.s_dim,
140                                          space.q_max,
141                                          space.s_max)
142       else
143         dist_beg = Math.dist_point2line( match.q_beg,
144                                          match.s_beg,
145                                          space.q_min,
146                                          space.s_min,
147                                          space.q_min + space.q_dim,
148                                          space.s_min + space.q_dim)
149
150         dist_end = Math.dist_point2line( match.q_beg,
151                                          match.s_beg,
152                                          space.q_max - space.q_dim,
153                                          space.s_max - space.q_dim,
154                                          space.q_max,
155                                          space.s_max)
156       end
157
158       dist_min = dist_beg < dist_end ? dist_beg : dist_end
159
160       dist_min * FACTOR_SCORE_DIAG
161     end
162
163     # Method for debugging purposes that upcase matching sequence while non-matches
164     # sequence is kept in lower case.
165     def matches_upcase
166       @matches.each do |match|
167         @q_entry.seq[match.q_beg .. match.q_end] = @q_entry.seq[match.q_beg .. match.q_end].upcase
168         @s_entry.seq[match.s_beg .. match.s_end] = @s_entry.seq[match.s_beg .. match.s_end].upcase
169       end
170     end
171
172     # Method that insert gaps in sequences based on a list of matches and thus
173     # creating an alignment.
174     def gaps_insert
175       @matches.sort_by! { |m| m.q_beg }
176
177       q_gaps = 0
178       s_gaps = 0
179
180       match = @matches.first
181       diff  = (q_gaps + match.q_beg) - (s_gaps + match.s_beg)
182
183       if diff < 0
184         @q_entry.seq.insert(0, "-" * diff.abs)
185         q_gaps += diff.abs
186       elsif diff > 0
187         @s_entry.seq.insert(0, "-" * diff.abs)
188         s_gaps += diff.abs
189       end
190
191       @matches[1 .. -1].each do |m|
192         diff = (q_gaps + m.q_beg) - (s_gaps + m.s_beg)
193
194         if diff < 0
195           @q_entry.seq.insert(m.q_beg + q_gaps, "-" * diff.abs)
196           q_gaps += diff.abs
197         elsif diff > 0
198           @s_entry.seq.insert(m.s_beg + s_gaps, "-" * diff.abs)
199           s_gaps += diff.abs
200         end
201       end
202
203       diff = @q_entry.length - @s_entry.length
204
205       if diff < 0
206         @q_entry.seq << ("-" * diff.abs)
207       else
208         @s_entry.seq << ("-" * diff.abs)
209       end
210     end
211   end
212
213   # Class for containing a search space between two sequences q and s.
214   class Space
215     attr_reader :q_min, :s_min, :q_max, :s_max
216
217     def initialize(q_min, s_min, q_max, s_max)
218       @q_min = q_min
219       @s_min = s_min
220       @q_max = q_max
221       @s_max = s_max
222     end
223
224     def q_dim
225       @q_max - @q_min + 1
226     end
227
228     def s_dim
229       @s_max - @s_min + 1
230     end
231
232     def empty?
233       if @q_max - @q_min >= 0 and @s_max - @s_min >= 0
234         return false
235       end
236
237       true
238     end
239   end
240 end
241