]> git.donarmstrong.com Git - biopieces.git/blobdiff - code_ruby/lib/maasha/seq/backtrack.rb
added -o and -x to analyze_vals
[biopieces.git] / code_ruby / lib / maasha / seq / backtrack.rb
index 94d4d69c533ada11a447fbedf48aa972e16543ef..3e9a781d7bcad706877ccf77cb6b108d4686c47f 100644 (file)
@@ -23,6 +23,7 @@
 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
 
 require 'inline' # RubyInline
+require 'maasha/seq/ambiguity'
 
 # Error class for all exceptions to do with BackTrack.
 class BackTrackError < StandardError; end
@@ -35,138 +36,198 @@ class BackTrackError < StandardError; end
 # Algorithm based on code kindly provided by j_random_hacker @ Stackoverflow:
 # http://stackoverflow.com/questions/7557017/approximate-string-matching-using-backtracking/
 module BackTrack
+  extend Ambiguity
+
   OK_PATTERN = Regexp.new('^[bflsycwphqrimtnkvadegu]+$')
   MAX_MIS    = 5 # Maximum number of mismatches allowed
   MAX_INS    = 5 # Maximum number of insertions allowed
   MAX_DEL    = 5 # Maximum number of deletions allowed
 
   # ------------------------------------------------------------------------------
-  #   str.scan(pattern[, max_mismatches [, max_insertions [,max_deletions]]])
+  #   str.patmatch(pattern[, options])
+  #   -> Match
+  #   str.patmatch(pattern[, options]) { |match|
+  #     block
+  #   }
+  #   -> Match
+  #
+  #   options:
+  #     :start
+  #     :stop
+  #     :max_mismatches
+  #     :max_insertions
+  #     :max_deletions
+  #
+  # ------------------------------------------------------------------------------
+  # Method to iterate through a sequence from a given start position to the end of
+  # the sequence or to a given stop position to locate a pattern allowing for a
+  # maximum number of mismatches, insertions, and deletions. Insertions are
+  # nucleotides found in the pattern but not in the sequence. Deletions are
+  # nucleotides found in the sequence but not in the pattern.
+  def patmatch(pattern, options = {})
+    options[:start]          ||= 0
+    options[:stop]           ||= self.length - 1
+    options[:max_mismatches] ||= 0
+    options[:max_insertions] ||= 0
+    options[:max_deletions]  ||= 0
+
+    self.patscan(pattern, options) do |m|
+      if block_given?
+        yield m
+      else
+        return m
+      end
+
+      break
+    end
+
+    if block_given?
+      yield nil
+    else
+      return nil
+    end
+  end
+
+  # ------------------------------------------------------------------------------
+  #   str.patscan(pattern[, options])
   #   -> Array
-  #   str.scan(pattern[, max_mismatches [, max_insertions [,max_deletions]]]) { |match|
+  #   str.patscan(pattern[, options]) { |match|
   #     block
   #   }
   #   -> Match
   #
+  #   options:
+  #     :start
+  #     :stop
+  #     :max_mismatches
+  #     :max_insertions
+  #     :max_deletions
+  #
   # ------------------------------------------------------------------------------
-  # Method to iterate through a sequence to locate pattern matches starting at a
-  # given offset allowing for a maximum number of mismatches, insertions, and
-  # deletions. Insertions are nucleotides found in the pattern but not in the
-  # sequence. Deletions are nucleotides found in the sequence but not in the
-  # pattern. Matches found in block context return the Match object. Otherwise
-  # matches are returned in an Array of Match objects.
-  def patscan(pattern, offset = 0, max_mismatches = 0, max_insertions = 0, max_deletions = 0)
+  # Method to iterate through a sequence from a given start position to the end of
+  # the sequence or to a given stop position to locate a pattern allowing for a
+  # maximum number of mismatches, insertions, and deletions. Insertions are
+  # nucleotides found in the pattern but not in the sequence. Deletions are
+  # nucleotides found in the sequence but not in the pattern. Matches found in
+  # block context return the Match object. Otherwise matches are returned in an
+  # Array of Match objects.
+  def patscan(pattern, options = {})
+    options[:start]          ||= 0
+    options[:stop]           ||= self.length - 1
+    options[:max_mismatches] ||= 0
+    options[:max_insertions] ||= 0
+    options[:max_deletions]  ||= 0
+
     raise BackTrackError, "Bad pattern: #{pattern}"                                          unless pattern.downcase =~ OK_PATTERN
-    raise BackTrackError, "offset: #{offset} out of range (0 ... #{self.length})"            unless (0 ... self.length).include? offset
-    raise BackTrackError, "max_mismatches: #{max_mismatches} out of range (0 .. #{MAX_MIS})" unless (0 .. MAX_MIS).include? max_mismatches
-    raise BackTrackError, "max_insertions: #{max_insertions} out of range (0 .. #{MAX_INS})" unless (0 .. MAX_INS).include? max_insertions
-    raise BackTrackError, "max_deletions: #{max_deletions} out of range (0 .. #{MAX_DEL})"   unless (0 .. MAX_DEL).include? max_deletions
+    raise BackTrackError, "start: #{options[:start]} out of range (0 .. #{self.length - 1})"           unless (0 ... self.length).include? options[:start]
+    raise BackTrackError, "stop: #{options[:stop]} out of range (0 .. #{self.length - 1})"             unless (0 ... self.length).include? options[:stop]
+    raise BackTrackError, "max_mismatches: #{options[:max_mismatches]} out of range (0 .. #{MAX_MIS})" unless (0 .. MAX_MIS).include? options[:max_mismatches]
+    raise BackTrackError, "max_insertions: #{options[:max_insertions]} out of range (0 .. #{MAX_INS})" unless (0 .. MAX_INS).include? options[:max_insertions]
+    raise BackTrackError, "max_deletions: #{options[:max_deletions]} out of range (0 .. #{MAX_DEL})"   unless (0 .. MAX_DEL).include? options[:max_deletions]
 
     matches = []
 
-    if block_given?
-      while result = self.track(pattern, offset, max_mismatches, max_insertions, max_deletions)
-        yield Match.new(result.first, result.last, self.seq[result.first ... result.first + result.last])
-        offset = result.first + 1
-      end
-    else
-      while result = self.track(pattern, offset, max_mismatches, max_insertions, max_deletions)
-        matches << Match.new(result.first, result.last, self.seq[result.first ... result.first + result.last])
-        offset = result.first + 1
+    while result = scan_C(self.seq,
+                          pattern,
+                          options[:start],
+                          options[:stop],
+                          options[:max_mismatches],
+                          options[:max_insertions],
+                          options[:max_deletions]
+                         )
+      match = Match.new(result.first, result.last, self.seq[result.first ... result.first + result.last])
+
+      if block_given?
+        yield match
+      else
+        matches << match
       end
+
+      options[:start] = result.first + 1
     end
 
-    return matches.empty? ? nil : matches unless block_given?
+    return matches unless block_given?
   end
 
   private
 
   inline do |builder|
-    builder.add_static "id_seq", 'rb_intern("@seq")', "ID"
+    add_ambiguity_macro(builder)
 
-    # Macro for matching nucleotides including ambiguity codes.
-    builder.prefix %{
-      #define MATCH(A,B) ((bitmap[(unsigned short) A] & bitmap[(unsigned short) B]) != 0)
-    }
-
-    # Bitmap for matching nucleotides including ambiguity codes.
-    # For each value bits are set from the left: bit pos 1 for A,
-    # bit pos 2 for T, bit pos 3 for C, and bit pos 4 for G.
-    builder.prefix %{
-      unsigned short bitmap[256] = {
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 1,14, 4,11, 0, 0, 8, 7, 0, 0,10, 0, 5,15, 0,
-          0, 0, 9,12, 2, 2,13, 3, 0, 6, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 1,14, 4,11, 0, 0, 8, 7, 0, 0,10, 0, 5,15, 0,
-          0, 0, 9,12, 2, 2,13, 3, 0, 6, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
-          0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
-      };
-    }
-
-    # Backtrack algorithm for matching a pattern (p) starting in a sequence (s) allowing for mm
+    # Backtrack algorithm for matching a pattern (p) starting in a sequence (s) allowing for mis
     # mismatches, ins insertions and del deletions. ss is the start of the sequence, used only for
-    # reporting the match endpoints.
+    # reporting the match endpoints. State is used to avoid ins followed by del and visa versa which
+    # are nonsense.
     builder.prefix %{
-      unsigned int backtrack(char* ss, char* s, char* p, int mm, int ins, int del)
+      unsigned int backtrack(
+        char         *ss,     // Sequence start
+        char         *s,      // Sequence
+        char         *p,      // Pattern
+        unsigned int  mis,    // Max mismatches
+        unsigned int  ins,    // Max insertions
+        unsigned int  del,    // Max deletions
+        int           state   // Last event: mis, ins or del
+      )
       {
-          unsigned int r = 0;
+        unsigned int r = 0;
 
-          while (*s && MATCH(*s, *p)) ++s, ++p;    // OK to always match longest segment
+        while (*s && MATCH(*s, *p)) ++s, ++p;    // OK to always match longest segment
 
-          if (!*p)
-              return (unsigned int) (s - ss);
-          else
-          {
-              if (mm && *s && *p && (r = backtrack(ss, s + 1, p + 1, mm - 1, ins, del))) return r;
-              if (ins && *p &&      (r = backtrack(ss, s, p + 1, mm, ins - 1, del)))     return r;
-              if (del && *s &&      (r = backtrack(ss, s + 1, p, mm, ins, del - 1)))     return r;
-          }
+        if (!*p)
+          return (unsigned int) (s - ss);
+        else
+        {
+          if (mis && *s && *p &&            (r = backtrack(ss, s + 1, p + 1, mis - 1, ins, del, 0))) return r;
+          if (ins && *p && (state != -1) && (r = backtrack(ss, s, p + 1, mis, ins - 1, del, 1)))     return r;
+          if (del && *s && (state != 1)  && (r = backtrack(ss, s + 1, p, mis, ins, del - 1, -1)))    return r;
+        }
 
-          return 0;
+        return 0;
       }
     }
  
-    # Find pattern (p) in a sequence (@seq) starting at pos, with at most mm mismatches, ins
+    # Find pattern (p) in a sequence (s) starting at pos, with at most mis mismatches, ins
     # insertions and del deletions.
     builder.c %{
-      static VALUE track(char* p, unsigned int pos, int mm, int ins, int del)
+      VALUE scan_C(
+        VALUE _s,       // Sequence
+        VALUE _p,       // Pattern
+        VALUE _start,   // Search postition start
+        VALUE _stop,    // Search position stop
+        VALUE _mis,     // Maximum mismatches
+        VALUE _ins,     // Maximum insertions
+        VALUE _del      // Maximum deletions
+      )
       {
-          VALUE        seq = rb_ivar_get(self, id_seq);
-          char*        s   = StringValuePtr(seq);
-          char*        ss  = s;
-          unsigned int e;
-          VALUE        tuple;
-
-          if (pos < strlen(s))
+        char         *s     = StringValuePtr(_s);
+        char         *p     = StringValuePtr(_p);
+        unsigned int  start = FIX2UINT(_start);
+        unsigned int  stop  = FIX2UINT(_stop);
+        unsigned int  mis   = FIX2UINT(_mis);
+        unsigned int  ins   = FIX2UINT(_ins);
+        unsigned int  del   = FIX2UINT(_del);
+
+        char         *ss    = s;
+        int           state = 0;
+        unsigned int  i     = 0;
+        unsigned int  e     = 0;
+        VALUE         tuple;
+
+        s += start;
+
+        for (i = start; i <= stop; i++, s++)
+        {
+          if ((e = backtrack(ss, s, p, mis, ins, del, state)))
           {
-              s += pos;
-
-              while (*s)
-              {
-                  if ((e = backtrack(ss, s, p, mm, ins, del)))
-                  {
-                      tuple = rb_ary_new();
-                      rb_ary_push(tuple, INT2FIX((int) (s - ss)));
-                      rb_ary_push(tuple, INT2FIX((int) e - (s - ss)));
-                      return tuple;
-                  }
-
-                  s++;
-              }
+            tuple = rb_ary_new();
+            rb_ary_push(tuple, INT2FIX((int) (s - ss)));
+            rb_ary_push(tuple, INT2FIX((int) e - (s - ss)));
+            return tuple;
           }
+        }
 
-          return Qnil;
-       }
+        return Qnil;
+      }
     }
   end