EM.cpp

   1 #include<ctime>
   2 #include<cmath>
   3 #include<cstdio>
   4 #include<cstdlib>
   5 #include<cstring>
   6 #include<cassert>
   7 #include<string>
   8 #include<vector>
   9 #include<algorithm>
  10 #include<pthread.h>
  11
  12 #include "utils.h"
  13
  14 #include "Read.h"
  15 #include "SingleRead.h"
  16 #include "SingleReadQ.h"
  17 #include "PairedEndRead.h"
  18 #include "PairedEndReadQ.h"
  19
  20 #include "SingleHit.h"
  21 #include "PairedEndHit.h"
  22
  23 #include "Model.h"
  24 #include "SingleModel.h"
  25 #include "SingleQModel.h"
  26 #include "PairedEndModel.h"
  27 #include "PairedEndQModel.h"
  28
  29 #include "Transcript.h"
  30 #include "Transcripts.h"
  31
  32 #include "Refs.h"
  33 #include "GroupInfo.h"
  34 #include "HitContainer.h"
  35 #include "ReadIndex.h"
  36 #include "ReadReader.h"
  37
  38 #include "ModelParams.h"
  39
  40 #include "HitWrapper.h"
  41 #include "BamWriter.h"
  42
  43 using namespace std;
  44
  45 const double STOP_CRITERIA = 0.001;
  46 const int MAX_ROUND = 10000;
  47 const int MIN_ROUND = 20;
  48
  49 struct Params {
  50         void *model;
  51         void *reader, *hitv, *ncpv, *mhp, *countv;
  52 };
  53
  54 int read_type;
  55 int m, M; // m genes, M isoforms
  56 int N0, N1, N2, N_tot;
  57 int nThreads;
  58
  59
  60 bool genBamF; // If user wants to generate bam file, true; otherwise, false.
  61 bool updateModel, calcExpectedWeights;
  62 bool genGibbsOut; // generate file for Gibbs sampler
  63
  64 char refName[STRLEN], outName[STRLEN];
  65 char imdName[STRLEN], statName[STRLEN];
  66 char refF[STRLEN], groupF[STRLEN], cntF[STRLEN], tiF[STRLEN];
  67 char mparamsF[STRLEN], bmparamsF[STRLEN];
  68 char modelF[STRLEN], thetaF[STRLEN];
  69
  70 char inpSamType;
  71 char *pt_fn_list, *pt_chr_list;
  72 char inpSamF[STRLEN], outBamF[STRLEN], fn_list[STRLEN], chr_list[STRLEN];
  73
  74 char out_for_gibbs_F[STRLEN];
  75
  76 vector<double> theta, eel; // eel : expected effective length
  77
  78 double *probv, **countvs;
  79
  80 Refs refs;
  81 GroupInfo gi;
  82 Transcripts transcripts;
  83
  84 ModelParams mparams;
  85
  86 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
  87 void init(ReadReader<ReadType> **&readers, HitContainer<HitType> **&hitvs, double **&ncpvs, ModelType **&mhps) {
  88         int nReads, nHits, rt;
  89         int nrLeft, nhT, curnr; // nrLeft : number of reads left, nhT : hit threshold per thread, curnr: current number of reads
  90         char datF[STRLEN];
  91
  92         int s;
  93         char readFs[2][STRLEN];
  94         ReadIndex *indices[2];
  95         ifstream fin;
  96
  97         readers = new ReadReader<ReadType>*[nThreads];
  98         genReadFileNames(imdName, 1, read_type, s, readFs);
  99         for (int i = 0; i < s; i++) {
 100                 indices[i] = new ReadIndex(readFs[i]);
 101         }
 102         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 103                 readers[i] = new ReadReader<ReadType>(s, readFs);
 104                 readers[i]->setIndices(indices);
 105         }
 106
 107         hitvs = new HitContainer<HitType>*[nThreads];
 108         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 109                 hitvs[i] = new HitContainer<HitType>();
 110         }
 111
 112         sprintf(datF, "%s.dat", imdName);
 113         fin.open(datF);
 114         if (!fin.is_open()) { fprintf(stderr, "Cannot open %s! It may not exist.\n", datF); exit(-1); }
 115         fin>>nReads>>nHits>>rt;
 116         if (nReads != N1) { fprintf(stderr, "Number of alignable reads does not match!\n"); exit(-1); }
 117         //assert(nReads == N1);
 118         if (rt != read_type) { fprintf(stderr, "Data file (.dat) does not have the right read type!\n"); exit(-1); }
 119         //assert(rt == read_type);
 120
 121         //A just so so strategy for paralleling
 122         nhT = nHits / nThreads;
 123         nrLeft = N1;
 124         curnr = 0;
 125
 126         ncpvs = new double*[nThreads];
 127         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 128                 int ntLeft = nThreads - i - 1; // # of threads left
 129                 if (!readers[i]->locate(curnr)) { fprintf(stderr, "Read indices files do not match!\n"); exit(-1); }
 130                 //assert(readers[i]->locate(curnr));
 131
 132                 while (nrLeft > ntLeft && (i == nThreads - 1 || hitvs[i]->getNHits() < nhT)) {
 133                         if (!hitvs[i]->read(fin)) { fprintf(stderr, "Cannot read alignments from .dat file!\n"); exit(-1); }
 134                         //assert(hitvs[i]->read(fin));
 135                         --nrLeft;
 136                         if (verbose && nrLeft % 1000000 == 0) { printf("DAT %d reads left!\n", nrLeft); }
 137                 }
 138                 ncpvs[i] = new double[hitvs[i]->getN()];
 139                 memset(ncpvs[i], 0, sizeof(double) * hitvs[i]->getN());
 140                 curnr += hitvs[i]->getN();
 141
 142                 if (verbose) { printf("Thread %d : N = %d, NHit = %d\n", i, hitvs[i]->getN(), hitvs[i]->getNHits()); }
 143         }
 144
 145         fin.close();
 146
 147         mhps = new ModelType*[nThreads];
 148         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 149                 mhps[i] = new ModelType(mparams, false); // just model helper
 150         }
 151
 152         probv = new double[M + 1];
 153         countvs = new double*[nThreads];
 154         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 155                 countvs[i] = new double[M + 1];
 156         }
 157
 158
 159         if (verbose) { printf("EM_init finished!\n"); }
 160 }
 161
 162 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 163 void* E_STEP(void* arg) {
 164         Params *params = (Params*)arg;
 165         ModelType *model = (ModelType*)(params->model);
 166         ReadReader<ReadType> *reader = (ReadReader<ReadType>*)(params->reader);
 167         HitContainer<HitType> *hitv = (HitContainer<HitType>*)(params->hitv);
 168         double *ncpv = (double*)(params->ncpv);
 169         ModelType *mhp = (ModelType*)(params->mhp);
 170         double *countv = (double*)(params->countv);
 171
 172         bool needCalcConPrb = model->getNeedCalcConPrb();
 173
 174         ReadType read;
 175
 176         int N = hitv->getN();
 177         double sum;
 178         vector<double> fracs; //to remove this, do calculation twice
 179         int fr, to, id;
 180
 181         if (needCalcConPrb || updateModel) { reader->reset(); }
 182         if (updateModel) { mhp->init(); }
 183
 184         memset(countv, 0, sizeof(double) * (M + 1));
 185         for (int i = 0; i < N; i++) {
 186                 if (needCalcConPrb || updateModel) {
 187                         if (!reader->next(read)) {
 188                                 fprintf(stderr, "Can not load a read!\n");
 189                                 exit(-1);
 190                         }
 191                         //assert(reader->next(read));
 192                 }
 193                 fr = hitv->getSAt(i);
 194                 to = hitv->getSAt(i + 1);
 195                 fracs.resize(to - fr + 1);
 196
 197                 sum = 0.0;
 198
 199                 if (needCalcConPrb) { ncpv[i] = model->getNoiseConPrb(read); }
 200                 fracs[0] = probv[0] * ncpv[i];
 201                 if (fracs[0] < EPSILON) fracs[0] = 0.0;
 202                 sum += fracs[0];
 203                 for (int j = fr; j < to; j++) {
 204                         HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 205                         if (needCalcConPrb) { hit.setConPrb(model->getConPrb(read, hit)); }
 206                         id = j - fr + 1;
 207                         fracs[id] = probv[hit.getSid()] * hit.getConPrb();
 208                         if (fracs[id] < EPSILON) fracs[id] = 0.0;
 209                         sum += fracs[id];
 210                 }
 211
 212                 if (sum >= EPSILON) {
 213                         fracs[0] /= sum;
 214                         countv[0] += fracs[0];
 215                         if (updateModel) { mhp->updateNoise(read, fracs[0]); }
 216                         if (calcExpectedWeights) { ncpv[i] = fracs[0]; }
 217                         for (int j = fr; j < to; j++) {
 218                                 HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 219                                 id = j - fr + 1;
 220                                 fracs[id] /= sum;
 221                                 countv[hit.getSid()] += fracs[id];
 222                                 if (updateModel) { mhp->update(read, hit, fracs[id]); }
 223                                 if (calcExpectedWeights) { hit.setConPrb(fracs[id]); }
 224                         }
 225                 }
 226                 else if (calcExpectedWeights) {
 227                         ncpv[i] = 0.0;
 228                         for (int j = fr; j < to; j++) {
 229                                 HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 230                                 hit.setConPrb(0.0);
 231                         }
 232                 }
 233         }
 234
 235         return NULL;
 236 }
 237
 238 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 239 void* calcConProbs(void* arg) {
 240         Params *params = (Params*)arg;
 241         ModelType *model = (ModelType*)(params->model);
 242         ReadReader<ReadType> *reader = (ReadReader<ReadType>*)(params->reader);
 243         HitContainer<HitType> *hitv = (HitContainer<HitType>*)(params->hitv);
 244         double *ncpv = (double*)(params->ncpv);
 245
 246         ReadType read;
 247         int N = hitv->getN();
 248         int fr, to;
 249
 250         assert(model->getNeedCalcConPrb());
 251         reader->reset();
 252
 253         for (int i = 0; i < N; i++) {
 254                 if (!reader->next(read)) {
 255                         fprintf(stderr, "Can not load a read!\n");
 256                         exit(-1);
 257                 }
 258                 fr = hitv->getSAt(i);
 259                 to = hitv->getSAt(i + 1);
 260
 261                 ncpv[i] = model->getNoiseConPrb(read);
 262                 for (int j = fr; j < to; j++) {
 263                         HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 264                         hit.setConPrb(model->getConPrb(read, hit));
 265                 }
 266         }
 267
 268         return NULL;
 269 }
 270
 271 template<class ModelType>
 272 void calcExpectedEffectiveLengths(ModelType& model) {
 273   int lb, ub, span;
 274   double *pdf = NULL, *cdf = NULL, *clen = NULL; // clen[i] = sigma_{j=1}^{i}pdf[i]*(lb+i)
 275
 276   model.getGLD().copyTo(pdf, cdf, lb, ub, span);
 277   clen = new double[span + 1];
 278   clen[0] = 0.0;
 279   for (int i = 1; i <= span; i++) {
 280     clen[i] = clen[i - 1] + pdf[i] * (lb + i);
 281   }
 282
 283   eel.clear();
 284   eel.resize(M + 1, 0.0);
 285   for (int i = 1; i <= M; i++) {
 286     int totLen = refs.getRef(i).getTotLen();
 287     int fullLen = refs.getRef(i).getFullLen();
 288     int pos1 = max(min(totLen - fullLen + 1, ub) - lb, 0);
 289     int pos2 = max(min(totLen, ub) - lb, 0);
 290
 291     if (pos2 == 0) { eel[i] = 0.0; continue; }
 292
 293     eel[i] = fullLen * cdf[pos1] + ((cdf[pos2] - cdf[pos1]) * (totLen + 1) - (clen[pos2] - clen[pos1]));
 294     assert(eel[i] >= 0);
 295     if (eel[i] < MINEEL) { eel[i] = 0.0; }
 296   }
 297
 298   delete[] pdf;
 299   delete[] cdf;
 300   delete[] clen;
 301 }
 302
 303 template<class ModelType>
 304 void writeResults(ModelType& model, double* counts) {
 305         double denom;
 306         char outF[STRLEN];
 307         FILE *fo;
 308
 309         sprintf(modelF, "%s.model", statName);
 310         model.write(modelF);
 311
 312         //calculate tau values
 313         double *tau = new double[M + 1];
 314         memset(tau, 0, sizeof(double) * (M + 1));
 315
 316         denom = 0.0;
 317         for (int i = 1; i <= M; i++)
 318           if (eel[i] >= EPSILON) {
 319             tau[i] = theta[i] / eel[i];
 320             denom += tau[i];
 321           }
 322         if (denom <= 0) { fprintf(stderr, "No alignable reads?!\n"); exit(-1); }
 323         //assert(denom > 0);
 324         for (int i = 1; i <= M; i++) {
 325                 tau[i] /= denom;
 326         }
 327
 328         //isoform level results
 329         sprintf(outF, "%s.iso_res", imdName);
 330         fo = fopen(outF, "w");
 331         for (int i = 1; i <= M; i++) {
 332                 const Transcript& transcript = transcripts.getTranscriptAt(i);
 333                 fprintf(fo, "%s%c", transcript.getTranscriptID().c_str(), (i < M ? '\t' : '\n'));
 334         }
 335         for (int i = 1; i <= M; i++)
 336                 fprintf(fo, "%.2f%c", counts[i], (i < M ? '\t' : '\n'));
 337         for (int i = 1; i <= M; i++)
 338                 fprintf(fo, "%.15g%c", tau[i], (i < M ? '\t' : '\n'));
 339         for (int i = 1; i <= M; i++) {
 340                 const Transcript& transcript = transcripts.getTranscriptAt(i);
 341                 fprintf(fo, "%s%c", transcript.getLeft().c_str(), (i < M ? '\t' : '\n'));
 342         }
 343         fclose(fo);
 344
 345         //gene level results
 346         sprintf(outF, "%s.gene_res", imdName);
 347         fo = fopen(outF, "w");
 348         for (int i = 0; i < m; i++) {
 349                 const string& gene_id = transcripts.getTranscriptAt(gi.spAt(i)).getGeneID();
 350                 fprintf(fo, "%s%c", gene_id.c_str(), (i < m - 1 ? '\t' : '\n'));
 351         }
 352         for (int i = 0; i < m; i++) {
 353                 double sumC = 0.0; // sum of counts
 354                 int b = gi.spAt(i), e = gi.spAt(i + 1);
 355                 for (int j = b; j < e; j++) sumC += counts[j];
 356                 fprintf(fo, "%.2f%c", sumC, (i < m - 1 ? '\t' : '\n'));
 357         }
 358         for (int i = 0; i < m; i++) {
 359                 double sumT = 0.0; // sum of tau values
 360                 int b = gi.spAt(i), e = gi.spAt(i + 1);
 361                 for (int j = b; j < e; j++) sumT += tau[j];
 362                 fprintf(fo, "%.15g%c", sumT, (i < m - 1 ? '\t' : '\n'));
 363         }
 364         for (int i = 0; i < m; i++) {
 365                 int b = gi.spAt(i), e = gi.spAt(i + 1);
 366                 for (int j = b; j < e; j++) {
 367                         fprintf(fo, "%s%c", transcripts.getTranscriptAt(j).getTranscriptID().c_str(), (j < e - 1 ? ',' : (i < m - 1 ? '\t' :'\n')));
 368                 }
 369         }
 370         fclose(fo);
 371
 372         delete[] tau;
 373
 374         if (verbose) { printf("Expression Results are written!\n"); }
 375 }
 376
 377 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 378 void release(ReadReader<ReadType> **readers, HitContainer<HitType> **hitvs, double **ncpvs, ModelType **mhps) {
 379         delete[] probv;
 380         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 381                 delete[] countvs[i];
 382         }
 383         delete[] countvs;
 384
 385         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 386                 delete readers[i];
 387                 delete hitvs[i];
 388                 delete[] ncpvs[i];
 389                 delete mhps[i];
 390         }
 391         delete[] readers;
 392         delete[] hitvs;
 393         delete[] ncpvs;
 394         delete[] mhps;
 395 }
 396
 397 inline bool doesUpdateModel(int ROUND) {
 398         //return false; // never update, for debugging only
 399         return ROUND <= 20 || ROUND % 100 == 0;
 400 }
 401
 402 //Including initialize, algorithm and results saving
 403 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 404 void EM() {
 405         FILE *fo;
 406
 407         int ROUND;
 408         double sum;
 409
 410         double bChange = 0.0, change = 0.0; // bChange : biggest change
 411         int totNum = 0;
 412
 413         ModelType model(mparams); //master model
 414         ReadReader<ReadType> **readers;
 415         HitContainer<HitType> **hitvs;
 416         double **ncpvs;
 417         ModelType **mhps; //model helpers
 418
 419         Params fparams[nThreads];
 420         pthread_t threads[nThreads];
 421         pthread_attr_t attr;
 422         void *status;
 423         int rc;
 424
 425
 426         //initialize boolean variables
 427         updateModel = calcExpectedWeights = false;
 428
 429         theta.clear();
 430         theta.resize(M + 1, 0.0);
 431         init<ReadType, HitType, ModelType>(readers, hitvs, ncpvs, mhps);
 432
 433         //set initial parameters
 434         assert(N_tot > N2);
 435         theta[0] = max(N0 * 1.0 / (N_tot - N2), 1e-8);
 436         double val = (1.0 - theta[0]) / M;
 437         for (int i = 1; i <= M; i++) theta[i] = val;
 438
 439         model.estimateFromReads(imdName);
 440
 441         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 442                 fparams[i].model = (void*)(&model);
 443
 444                 fparams[i].reader = (void*)readers[i];
 445                 fparams[i].hitv = (void*)hitvs[i];
 446                 fparams[i].ncpv = (void*)ncpvs[i];
 447                 fparams[i].mhp = (void*)mhps[i];
 448                 fparams[i].countv = (void*)countvs[i];
 449         }
 450
 451         /* set thread attribute to be joinable */
 452         pthread_attr_init(&attr);
 453         pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
 454
 455         ROUND = 0;
 456         do {
 457                 ++ROUND;
 458
 459                 updateModel = doesUpdateModel(ROUND);
 460
 461                 for (int i = 0; i <= M; i++) probv[i] = theta[i];
 462
 463                 //E step
 464                 for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 465                         rc = pthread_create(&threads[i], &attr, E_STEP<ReadType, HitType, ModelType>, (void*)(&fparams[i]));
 466                         if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot create thread %d at ROUND %d! (numbered from 0)\n", i, ROUND); exit(-1); }
 467                         //assert(rc == 0);
 468                 }
 469
 470                 for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 471                         rc = pthread_join(threads[i], &status);
 472                         if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot join thread %d at ROUND %d! (numbered from 0)\n", i, ROUND); exit(-1); }
 473                         //assert(rc == 0);
 474                 }
 475
 476                 model.setNeedCalcConPrb(false);
 477
 478                 for (int i = 1; i < nThreads; i++) {
 479                         for (int j = 0; j <= M; j++) {
 480                                 countvs[0][j] += countvs[i][j];
 481                         }
 482                 }
 483
 484                 //add N0 noise reads
 485                 countvs[0][0] += N0;
 486
 487                 //M step;
 488                 sum = 0.0;
 489                 for (int i = 0; i <= M; i++) sum += countvs[0][i];
 490                 assert(sum >= EPSILON);
 491                 for (int i = 0; i <= M; i++) theta[i] = countvs[0][i] / sum;
 492
 493                 if (updateModel) {
 494                         model.init();
 495                         for (int i = 0; i < nThreads; i++) { model.collect(*mhps[i]); }
 496                         model.finish();
 497                 }
 498
 499                 // Relative error
 500                 bChange = 0.0; totNum = 0;
 501                 for (int i = 0; i <= M; i++)
 502                         if (probv[i] >= 1e-7) {
 503                                 change = fabs(theta[i] - probv[i]) / probv[i];
 504                                 if (change >= STOP_CRITERIA) ++totNum;
 505                                 if (bChange < change) bChange = change;
 506                         }
 507
 508                 if (verbose) printf("ROUND = %d, SUM = %.15g, bChange = %f, totNum = %d\n", ROUND, sum, bChange, totNum);
 509         } while (ROUND < MIN_ROUND || (totNum > 0 && ROUND < MAX_ROUND));
 510           //while (ROUND < MAX_ROUND);
 511
 512         if (totNum > 0) fprintf(stderr, "Warning: RSEM reaches %d iterations before meeting the convergence criteria.\n", MAX_ROUND);
 513
 514         //generate output file used by Gibbs sampler
 515         if (genGibbsOut) {
 516                 if (model.getNeedCalcConPrb()) {
 517                         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 518                                 rc = pthread_create(&threads[i], &attr, calcConProbs<ReadType, HitType, ModelType>, (void*)(&fparams[i]));
 519                                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot create thread %d when generate files for Gibbs sampler! (numbered from 0)\n", i); exit(-1); }
 520                         }
 521                         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 522                                 rc = pthread_join(threads[i], &status);
 523                                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot join thread %d when generate files for Gibbs sampler! (numbered from 0)\n", i); exit(-1); }
 524                         }
 525                 }
 526                 model.setNeedCalcConPrb(false);
 527
 528                 sprintf(out_for_gibbs_F, "%s.ofg", imdName);
 529                 fo = fopen(out_for_gibbs_F, "w");
 530                 fprintf(fo, "%d %d\n", M, N0);
 531                 for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 532                         int numN = hitvs[i]->getN();
 533                         for (int j = 0; j < numN; j++) {
 534                                 int fr = hitvs[i]->getSAt(j);
 535                                 int to = hitvs[i]->getSAt(j + 1);
 536                                 int totNum = 0;
 537
 538                                 if (ncpvs[i][j] >= EPSILON) { ++totNum; fprintf(fo, "%d %.15g ", 0, ncpvs[i][j]); }
 539                                 for (int k = fr; k < to; k++) {
 540                                         HitType &hit = hitvs[i]->getHitAt(k);
 541                                         if (hit.getConPrb() >= EPSILON) {
 542                                                 ++totNum;
 543                                                 fprintf(fo, "%d %.15g ", hit.getSid(), hit.getConPrb());
 544                                         }
 545                                 }
 546
 547                                 if (totNum > 0) { fprintf(fo, "\n"); }
 548                         }
 549                 }
 550                 fclose(fo);
 551         }
 552
 553         sprintf(thetaF, "%s.theta", statName);
 554         fo = fopen(thetaF, "w");
 555         fprintf(fo, "%d\n", M + 1);
 556
 557         // output theta'
 558         for (int i = 0; i < M; i++) fprintf(fo, "%.15g ", theta[i]);
 559         fprintf(fo, "%.15g\n", theta[M]);
 560
 561         //calculate expected effective lengths for each isoform
 562         calcExpectedEffectiveLengths<ModelType>(model);
 563
 564         //correct theta vector
 565         sum = theta[0];
 566         for (int i = 1; i <= M; i++)
 567           if (eel[i] < EPSILON) { theta[i] = 0.0; }
 568           else sum += theta[i];
 569         if (sum < EPSILON) { fprintf(stderr, "No Expected Effective Length is no less than %.6g?!\n", MINEEL); exit(-1); }
 570         for (int i = 0; i <= M; i++) theta[i] /= sum;
 571
 572         //calculate expected weights and counts using learned parameters
 573         updateModel = false; calcExpectedWeights = true;
 574         for (int i = 0; i <= M; i++) probv[i] = theta[i];
 575         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 576                 rc = pthread_create(&threads[i], &attr, E_STEP<ReadType, HitType, ModelType>, (void*)(&fparams[i]));
 577                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot create thread %d when calculate expected weights! (numbered from 0)\n", i); exit(-1); }
 578                 //assert(rc == 0);
 579         }
 580         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 581                 rc = pthread_join(threads[i], &status);
 582                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot join thread %d! (numbered from 0) when calculate expected weights!\n", i); exit(-1); }
 583                 //assert(rc == 0);
 584         }
 585         model.setNeedCalcConPrb(false);
 586         for (int i = 1; i < nThreads; i++) {
 587                 for (int j = 0; j <= M; j++) {
 588                         countvs[0][j] += countvs[i][j];
 589                 }
 590         }
 591         countvs[0][0] += N0;
 592
 593         /* destroy attribute */
 594         pthread_attr_destroy(&attr);
 595
 596         //convert theta' to theta
 597         double *mw = model.getMW();
 598         sum = 0.0;
 599         for (int i = 0; i <= M; i++) {
 600           theta[i] = (mw[i] < EPSILON ? 0.0 : theta[i] / mw[i]);
 601           sum += theta[i];
 602         }
 603         assert(sum >= EPSILON);
 604         for (int i = 0; i <= M; i++) theta[i] /= sum;
 605
 606         // output theta
 607         for (int i = 0; i < M; i++) fprintf(fo, "%.15g ", theta[i]);
 608         fprintf(fo, "%.15g\n", theta[M]);
 609
 610         fclose(fo);
 611
 612         writeResults<ModelType>(model, countvs[0]);
 613
 614         if (genBamF) {
 615                 sprintf(outBamF, "%s.bam", outName);
 616                 if (transcripts.getType() == 0) {
 617                         sprintf(chr_list, "%s.chrlist", refName);
 618                         pt_chr_list = (char*)(&chr_list);
 619                 }
 620
 621                 BamWriter writer(inpSamType, inpSamF, pt_fn_list, outBamF, pt_chr_list);
 622                 HitWrapper<HitType> wrapper(nThreads, hitvs);
 623                 writer.work(wrapper, transcripts);
 624         }
 625
 626         release<ReadType, HitType, ModelType>(readers, hitvs, ncpvs, mhps);
 627 }
 628
 629 int main(int argc, char* argv[]) {
 630         ifstream fin;
 631         bool quiet = false;
 632
 633         if (argc < 5) {
 634                 printf("Usage : rsem-run-em refName read_type sampleName sampleToken [-p #Threads] [-b samInpType samInpF has_fn_list_? [fn_list]] [-q] [--gibbs-out]\n\n");
 635                 printf("  refName: reference name\n");
 636                 printf("  read_type: 0 single read without quality score; 1 single read with quality score; 2 paired-end read without quality score; 3 paired-end read with quality score.\n");
 637                 printf("  sampleName: sample's name, including the path\n");
 638                 printf("  sampleToken: sampleName excludes the path\n");
 639                 printf("  -p: number of threads which user wants to use. (default: 1)\n");
 640                 printf("  -b: produce bam format output file. (default: off)\n");
 641                 printf("  -q: set it quiet\n");
 642                 printf("  --gibbs-out: generate output file use by Gibbs sampler. (default: off)\n");
 643                 printf("// model parameters should be in imdName.mparams.\n");
 644                 exit(-1);
 645         }
 646
 647         time_t a = time(NULL);
 648
 649         strcpy(refName, argv[1]);
 650         read_type = atoi(argv[2]);
 651         strcpy(outName, argv[3]);
 652         sprintf(imdName, "%s.temp/%s", argv[3], argv[4]);
 653         sprintf(statName, "%s.stat/%s", argv[3], argv[4]);
 654
 655         nThreads = 1;
 656
 657         genBamF = false;
 658         genGibbsOut = false;
 659         pt_fn_list = pt_chr_list = NULL;
 660
 661         for (int i = 5; i < argc; i++) {
 662                 if (!strcmp(argv[i], "-p")) { nThreads = atoi(argv[i + 1]); }
 663                 if (!strcmp(argv[i], "-b")) {
 664                         genBamF = true;
 665                         inpSamType = argv[i + 1][0];
 666                         strcpy(inpSamF, argv[i + 2]);
 667                         if (atoi(argv[i + 3]) == 1) {
 668                                 strcpy(fn_list, argv[i + 4]);
 669                                 pt_fn_list = (char*)(&fn_list);
 670                         }
 671                 }
 672                 if (!strcmp(argv[i], "-q")) { quiet = true; }
 673                 if (!strcmp(argv[i], "--gibbs-out")) { genGibbsOut = true; }
 674         }
 675         if (nThreads <= 0) { fprintf(stderr, "Number of threads should be bigger than 0!\n"); exit(-1); }
 676         //assert(nThreads > 0);
 677
 678         verbose = !quiet;
 679
 680         //basic info loading
 681         sprintf(refF, "%s.seq", refName);
 682         refs.loadRefs(refF);
 683         M = refs.getM();
 684         sprintf(groupF, "%s.grp", refName);
 685         gi.load(groupF);
 686         m = gi.getm();
 687
 688         sprintf(tiF, "%s.ti", refName);
 689         transcripts.readFrom(tiF);
 690
 691         sprintf(cntF, "%s.cnt", statName);
 692         fin.open(cntF);
 693         if (!fin.is_open()) { fprintf(stderr, "Cannot open %s! It may not exist.\n", cntF); exit(-1); }
 694         fin>>N0>>N1>>N2>>N_tot;
 695         fin.close();
 696
 697         if (N1 <= 0) { fprintf(stderr, "There are no alignable reads!\n"); exit(-1); }
 698
 699         if (nThreads > N1) nThreads = N1;
 700
 701         //set model parameters
 702         mparams.M = M;
 703         mparams.N[0] = N0; mparams.N[1] = N1; mparams.N[2] = N2;
 704         mparams.refs = &refs;
 705
 706         sprintf(mparamsF, "%s.mparams", imdName);
 707         fin.open(mparamsF);
 708         if (!fin.is_open()) { fprintf(stderr, "Cannot open %s! It may not exist.\n", mparamsF); exit(-1); }
 709         fin>> mparams.minL>> mparams.maxL>> mparams.probF;
 710         int val; // 0 or 1 , for estRSPD
 711         fin>>val;
 712         mparams.estRSPD = (val != 0);
 713         fin>> mparams.B>> mparams.mate_minL>> mparams.mate_maxL>> mparams.mean>> mparams.sd;
 714         fin>> mparams.seedLen;
 715         fin.close();
 716
 717         //run EM
 718         switch(read_type) {
 719         case 0 : EM<SingleRead, SingleHit, SingleModel>(); break;
 720         case 1 : EM<SingleReadQ, SingleHit, SingleQModel>(); break;
 721         case 2 : EM<PairedEndRead, PairedEndHit, PairedEndModel>(); break;
 722         case 3 : EM<PairedEndReadQ, PairedEndHit, PairedEndQModel>(); break;
 723         default : fprintf(stderr, "Unknown Read Type!\n"); exit(-1);
 724         }
 725
 726         time_t b = time(NULL);
 727
 728         printTimeUsed(a, b);
 729
 730         return 0;
 731 }