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], imdName[STRLEN], outName[STRLEN];
  65 char refF[STRLEN], groupF[STRLEN], cntF[STRLEN], tiF[STRLEN];
  66 char mparamsF[STRLEN], bmparamsF[STRLEN];
  67 char modelF[STRLEN], thetaF[STRLEN];
  68
  69 char inpSamType;
  70 char *pt_fn_list, *pt_chr_list;
  71 char inpSamF[STRLEN], outBamF[STRLEN], fn_list[STRLEN], chr_list[STRLEN];
  72
  73 char out_for_gibbs_F[STRLEN];
  74
  75 vector<double> theta, eel; // eel : expected effective length
  76
  77 double *probv, **countvs;
  78
  79 Refs refs;
  80 GroupInfo gi;
  81 Transcripts transcripts;
  82
  83 ModelParams mparams;
  84
  85 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
  86 void init(ReadReader<ReadType> **&readers, HitContainer<HitType> **&hitvs, double **&ncpvs, ModelType **&mhps) {
  87         int nReads, nHits, rt;
  88         int nrLeft, nhT, curnr; // nrLeft : number of reads left, nhT : hit threshold per thread, curnr: current number of reads
  89         char datF[STRLEN];
  90
  91         int s;
  92         char readFs[2][STRLEN];
  93         ReadIndex *indices[2];
  94         ifstream fin;
  95
  96         readers = new ReadReader<ReadType>*[nThreads];
  97         genReadFileNames(imdName, 1, read_type, s, readFs);
  98         for (int i = 0; i < s; i++) {
  99                 indices[i] = new ReadIndex(readFs[i]);
 100         }
 101         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 102                 readers[i] = new ReadReader<ReadType>(s, readFs);
 103                 readers[i]->setIndices(indices);
 104         }
 105
 106         hitvs = new HitContainer<HitType>*[nThreads];
 107         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 108                 hitvs[i] = new HitContainer<HitType>();
 109         }
 110
 111         sprintf(datF, "%s.dat", imdName);
 112         fin.open(datF);
 113         if (!fin.is_open()) { fprintf(stderr, "Cannot open %s! It may not exist.\n", datF); exit(-1); }
 114         fin>>nReads>>nHits>>rt;
 115         if (nReads != N1) { fprintf(stderr, "Number of alignable reads does not match!\n"); exit(-1); }
 116         //assert(nReads == N1);
 117         if (rt != read_type) { fprintf(stderr, "Data file (.dat) does not have the right read type!\n"); exit(-1); }
 118         //assert(rt == read_type);
 119
 120         //A just so so strategy for paralleling
 121         nhT = nHits / nThreads;
 122         nrLeft = N1;
 123         curnr = 0;
 124
 125         ncpvs = new double*[nThreads];
 126         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 127                 int ntLeft = nThreads - i - 1; // # of threads left
 128                 if (!readers[i]->locate(curnr)) { fprintf(stderr, "Read indices files do not match!\n"); exit(-1); }
 129                 //assert(readers[i]->locate(curnr));
 130
 131                 while (nrLeft > ntLeft && (i == nThreads - 1 || hitvs[i]->getNHits() < nhT)) {
 132                         if (!hitvs[i]->read(fin)) { fprintf(stderr, "Cannot read alignments from .dat file!\n"); exit(-1); }
 133                         //assert(hitvs[i]->read(fin));
 134                         --nrLeft;
 135                         if (verbose && nrLeft % 1000000 == 0) { printf("DAT %d reads left!\n", nrLeft); }
 136                 }
 137                 ncpvs[i] = new double[hitvs[i]->getN()];
 138                 memset(ncpvs[i], 0, sizeof(double) * hitvs[i]->getN());
 139                 curnr += hitvs[i]->getN();
 140
 141                 if (verbose) { printf("Thread %d : N = %d, NHit = %d\n", i, hitvs[i]->getN(), hitvs[i]->getNHits()); }
 142         }
 143
 144         fin.close();
 145
 146         mhps = new ModelType*[nThreads];
 147         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 148                 mhps[i] = new ModelType(mparams, false); // just model helper
 149         }
 150
 151         probv = new double[M + 1];
 152         countvs = new double*[nThreads];
 153         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 154                 countvs[i] = new double[M + 1];
 155         }
 156
 157
 158         if (verbose) { printf("EM_init finished!\n"); }
 159 }
 160
 161 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 162 void* E_STEP(void* arg) {
 163         Params *params = (Params*)arg;
 164         ModelType *model = (ModelType*)(params->model);
 165         ReadReader<ReadType> *reader = (ReadReader<ReadType>*)(params->reader);
 166         HitContainer<HitType> *hitv = (HitContainer<HitType>*)(params->hitv);
 167         double *ncpv = (double*)(params->ncpv);
 168         ModelType *mhp = (ModelType*)(params->mhp);
 169         double *countv = (double*)(params->countv);
 170
 171         bool needCalcConPrb = model->getNeedCalcConPrb();
 172
 173         ReadType read;
 174
 175         int N = hitv->getN();
 176         double sum;
 177         vector<double> fracs; //to remove this, do calculation twice
 178         int fr, to, id;
 179
 180         if (needCalcConPrb || updateModel) { reader->reset(); }
 181         if (updateModel) { mhp->init(); }
 182
 183         memset(countv, 0, sizeof(double) * (M + 1));
 184         for (int i = 0; i < N; i++) {
 185                 if (needCalcConPrb || updateModel) {
 186                         if (!reader->next(read)) {
 187                                 fprintf(stderr, "Can not load a read!\n");
 188                                 exit(-1);
 189                         }
 190                         //assert(reader->next(read));
 191                 }
 192                 fr = hitv->getSAt(i);
 193                 to = hitv->getSAt(i + 1);
 194                 fracs.resize(to - fr + 1);
 195
 196                 sum = 0.0;
 197
 198                 if (needCalcConPrb) { ncpv[i] = model->getNoiseConPrb(read); }
 199                 fracs[0] = probv[0] * ncpv[i];
 200                 if (fracs[0] < EPSILON) fracs[0] = 0.0;
 201                 sum += fracs[0];
 202                 for (int j = fr; j < to; j++) {
 203                         HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 204                         if (needCalcConPrb) { hit.setConPrb(model->getConPrb(read, hit)); }
 205                         id = j - fr + 1;
 206                         fracs[id] = probv[hit.getSid()] * hit.getConPrb();
 207                         if (fracs[id] < EPSILON) fracs[id] = 0.0;
 208                         sum += fracs[id];
 209                 }
 210
 211                 if (sum >= EPSILON) {
 212                         fracs[0] /= sum;
 213                         countv[0] += fracs[0];
 214                         if (updateModel) { mhp->updateNoise(read, fracs[0]); }
 215                         if (calcExpectedWeights) { ncpv[i] = fracs[0]; }
 216                         for (int j = fr; j < to; j++) {
 217                                 HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 218                                 id = j - fr + 1;
 219                                 fracs[id] /= sum;
 220                                 countv[hit.getSid()] += fracs[id];
 221                                 if (updateModel) { mhp->update(read, hit, fracs[id]); }
 222                                 if (calcExpectedWeights) { hit.setConPrb(fracs[id]); }
 223                         }
 224                 }
 225                 else if (calcExpectedWeights) {
 226                         ncpv[i] = 0.0;
 227                         for (int j = fr; j < to; j++) {
 228                                 HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 229                                 hit.setConPrb(0.0);
 230                         }
 231                 }
 232         }
 233
 234         return NULL;
 235 }
 236
 237 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 238 void* calcConProbs(void* arg) {
 239         Params *params = (Params*)arg;
 240         ModelType *model = (ModelType*)(params->model);
 241         ReadReader<ReadType> *reader = (ReadReader<ReadType>*)(params->reader);
 242         HitContainer<HitType> *hitv = (HitContainer<HitType>*)(params->hitv);
 243         double *ncpv = (double*)(params->ncpv);
 244
 245         ReadType read;
 246         int N = hitv->getN();
 247         int fr, to;
 248
 249         assert(model->getNeedCalcConPrb());
 250         reader->reset();
 251
 252         for (int i = 0; i < N; i++) {
 253                 if (!reader->next(read)) {
 254                         fprintf(stderr, "Can not load a read!\n");
 255                         exit(-1);
 256                 }
 257                 fr = hitv->getSAt(i);
 258                 to = hitv->getSAt(i + 1);
 259
 260                 ncpv[i] = model->getNoiseConPrb(read);
 261                 for (int j = fr; j < to; j++) {
 262                         HitType &hit = hitv->getHitAt(j);
 263                         hit.setConPrb(model->getConPrb(read, hit));
 264                 }
 265         }
 266
 267         return NULL;
 268 }
 269
 270 template<class ModelType>
 271 void calcExpectedEffectiveLengths(ModelType& model) {
 272   int lb, ub, span;
 273   double *pdf = NULL, *cdf = NULL, *clen = NULL; // clen[i] = sigma_{j=1}^{i}pdf[i]*(lb+i)
 274
 275   model.getGLD().copyTo(pdf, cdf, lb, ub, span);
 276   clen = new double[span + 1];
 277   clen[0] = 0.0;
 278   for (int i = 1; i <= span; i++) {
 279     clen[i] = clen[i - 1] + pdf[i] * (lb + i);
 280   }
 281
 282   eel.clear();
 283   eel.resize(M + 1, 0.0);
 284   for (int i = 1; i <= M; i++) {
 285     int totLen = refs.getRef(i).getTotLen();
 286     int fullLen = refs.getRef(i).getFullLen();
 287     int pos1 = max(min(totLen - fullLen + 1, ub) - lb, 0);
 288     int pos2 = max(min(totLen, ub) - lb, 0);
 289
 290     if (pos2 == 0) { eel[i] = 0.0; continue; }
 291
 292     eel[i] = fullLen * cdf[pos1] + ((cdf[pos2] - cdf[pos1]) * (totLen + 1) - (clen[pos2] - clen[pos1]));
 293     assert(eel[i] >= 0);
 294     if (eel[i] < MINEEL) { eel[i] = 0.0; }
 295   }
 296
 297   delete[] pdf;
 298   delete[] cdf;
 299   delete[] clen;
 300 }
 301
 302 template<class ModelType>
 303 void writeResults(ModelType& model, double* counts) {
 304         double denom;
 305         char outF[STRLEN];
 306         FILE *fo;
 307
 308         sprintf(modelF, "%s.model", outName);
 309         model.write(modelF);
 310
 311         //calculate tau values
 312         double *tau = new double[M + 1];
 313         memset(tau, 0, sizeof(double) * (M + 1));
 314
 315         denom = 0.0;
 316         for (int i = 1; i <= M; i++)
 317           if (eel[i] >= EPSILON) {
 318             tau[i] = theta[i] / eel[i];
 319             denom += tau[i];
 320           }
 321         if (denom <= 0) { fprintf(stderr, "No alignable reads?!\n"); exit(-1); }
 322         //assert(denom > 0);
 323         for (int i = 1; i <= M; i++) {
 324                 tau[i] /= denom;
 325         }
 326
 327         //isoform level results
 328         sprintf(outF, "%s.iso_res", imdName);
 329         fo = fopen(outF, "w");
 330         for (int i = 1; i <= M; i++) {
 331                 const Transcript& transcript = transcripts.getTranscriptAt(i);
 332                 fprintf(fo, "%s%c", transcript.getTranscriptID().c_str(), (i < M ? '\t' : '\n'));
 333         }
 334         for (int i = 1; i <= M; i++)
 335                 fprintf(fo, "%.2f%c", counts[i], (i < M ? '\t' : '\n'));
 336         for (int i = 1; i <= M; i++)
 337                 fprintf(fo, "%.15g%c", tau[i], (i < M ? '\t' : '\n'));
 338         for (int i = 1; i <= M; i++) {
 339                 const Transcript& transcript = transcripts.getTranscriptAt(i);
 340                 fprintf(fo, "%s%c", transcript.getLeft().c_str(), (i < M ? '\t' : '\n'));
 341         }
 342         fclose(fo);
 343
 344         //gene level results
 345         sprintf(outF, "%s.gene_res", imdName);
 346         fo = fopen(outF, "w");
 347         for (int i = 0; i < m; i++) {
 348                 const string& gene_id = transcripts.getTranscriptAt(gi.spAt(i)).getGeneID();
 349                 fprintf(fo, "%s%c", gene_id.c_str(), (i < m - 1 ? '\t' : '\n'));
 350         }
 351         for (int i = 0; i < m; i++) {
 352                 double sumC = 0.0; // sum of counts
 353                 int b = gi.spAt(i), e = gi.spAt(i + 1);
 354                 for (int j = b; j < e; j++) sumC += counts[j];
 355                 fprintf(fo, "%.2f%c", sumC, (i < m - 1 ? '\t' : '\n'));
 356         }
 357         for (int i = 0; i < m; i++) {
 358                 double sumT = 0.0; // sum of tau values
 359                 int b = gi.spAt(i), e = gi.spAt(i + 1);
 360                 for (int j = b; j < e; j++) sumT += tau[j];
 361                 fprintf(fo, "%.15g%c", sumT, (i < m - 1 ? '\t' : '\n'));
 362         }
 363         for (int i = 0; i < m; i++) {
 364                 int b = gi.spAt(i), e = gi.spAt(i + 1);
 365                 for (int j = b; j < e; j++) {
 366                         fprintf(fo, "%s%c", transcripts.getTranscriptAt(j).getTranscriptID().c_str(), (j < e - 1 ? ',' : (i < m - 1 ? '\t' :'\n')));
 367                 }
 368         }
 369         fclose(fo);
 370
 371         delete[] tau;
 372
 373         if (verbose) { printf("Expression Results are written!\n"); }
 374 }
 375
 376 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 377 void release(ReadReader<ReadType> **readers, HitContainer<HitType> **hitvs, double **ncpvs, ModelType **mhps) {
 378         delete[] probv;
 379         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 380                 delete[] countvs[i];
 381         }
 382         delete[] countvs;
 383
 384         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 385                 delete readers[i];
 386                 delete hitvs[i];
 387                 delete[] ncpvs[i];
 388                 delete mhps[i];
 389         }
 390         delete[] readers;
 391         delete[] hitvs;
 392         delete[] ncpvs;
 393         delete[] mhps;
 394 }
 395
 396 inline bool doesUpdateModel(int ROUND) {
 397         //return false; // never update, for debugging only
 398         return ROUND <= 20 || ROUND % 100 == 0;
 399 }
 400
 401 //Including initialize, algorithm and results saving
 402 template<class ReadType, class HitType, class ModelType>
 403 void EM() {
 404         FILE *fo;
 405
 406         int ROUND;
 407         double sum;
 408
 409         double bChange = 0.0, change = 0.0; // bChange : biggest change
 410         int totNum = 0;
 411
 412         ModelType model(mparams); //master model
 413         ReadReader<ReadType> **readers;
 414         HitContainer<HitType> **hitvs;
 415         double **ncpvs;
 416         ModelType **mhps; //model helpers
 417
 418         Params fparams[nThreads];
 419         pthread_t threads[nThreads];
 420         pthread_attr_t attr;
 421         void *status;
 422         int rc;
 423
 424
 425         //initialize boolean variables
 426         updateModel = calcExpectedWeights = false;
 427
 428         theta.clear();
 429         theta.resize(M + 1, 0.0);
 430         init<ReadType, HitType, ModelType>(readers, hitvs, ncpvs, mhps);
 431
 432         //set initial parameters
 433         assert(N_tot > N2);
 434         theta[0] = max(N0 * 1.0 / (N_tot - N2), 1e-8);
 435         double val = (1.0 - theta[0]) / M;
 436         for (int i = 1; i <= M; i++) theta[i] = val;
 437
 438         model.estimateFromReads(imdName);
 439
 440         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 441                 fparams[i].model = (void*)(&model);
 442
 443                 fparams[i].reader = (void*)readers[i];
 444                 fparams[i].hitv = (void*)hitvs[i];
 445                 fparams[i].ncpv = (void*)ncpvs[i];
 446                 fparams[i].mhp = (void*)mhps[i];
 447                 fparams[i].countv = (void*)countvs[i];
 448         }
 449
 450         /* set thread attribute to be joinable */
 451         pthread_attr_init(&attr);
 452         pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
 453
 454         ROUND = 0;
 455         do {
 456                 ++ROUND;
 457
 458                 updateModel = doesUpdateModel(ROUND);
 459
 460                 for (int i = 0; i <= M; i++) probv[i] = theta[i];
 461
 462                 //E step
 463                 for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 464                         rc = pthread_create(&threads[i], &attr, E_STEP<ReadType, HitType, ModelType>, (void*)(&fparams[i]));
 465                         if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot create thread %d at ROUND %d! (numbered from 0)\n", i, ROUND); exit(-1); }
 466                         //assert(rc == 0);
 467                 }
 468
 469                 for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 470                         rc = pthread_join(threads[i], &status);
 471                         if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot join thread %d at ROUND %d! (numbered from 0)\n", i, ROUND); exit(-1); }
 472                         //assert(rc == 0);
 473                 }
 474
 475                 model.setNeedCalcConPrb(false);
 476
 477                 for (int i = 1; i < nThreads; i++) {
 478                         for (int j = 0; j <= M; j++) {
 479                                 countvs[0][j] += countvs[i][j];
 480                         }
 481                 }
 482
 483                 //add N0 noise reads
 484                 countvs[0][0] += N0;
 485
 486                 //M step;
 487                 sum = 0.0;
 488                 for (int i = 0; i <= M; i++) sum += countvs[0][i];
 489                 assert(sum >= EPSILON);
 490                 for (int i = 0; i <= M; i++) theta[i] = countvs[0][i] / sum;
 491
 492                 if (updateModel) {
 493                         model.init();
 494                         for (int i = 0; i < nThreads; i++) { model.collect(*mhps[i]); }
 495                         model.finish();
 496                 }
 497
 498                 // Relative error
 499                 bChange = 0.0; totNum = 0;
 500                 for (int i = 0; i <= M; i++)
 501                         if (probv[i] >= 1e-7) {
 502                                 change = fabs(theta[i] - probv[i]) / probv[i];
 503                                 if (change >= STOP_CRITERIA) ++totNum;
 504                                 if (bChange < change) bChange = change;
 505                         }
 506
 507                 if (verbose) printf("ROUND = %d, SUM = %.15g, bChange = %f, totNum = %d\n", ROUND, sum, bChange, totNum);
 508         } while (ROUND < MIN_ROUND || totNum > 0 && ROUND < MAX_ROUND);
 509           //while (ROUND < MAX_ROUND);
 510
 511         if (totNum > 0) fprintf(stderr, "Warning: RSEM reaches %d iterations before meeting the convergence criteria.\n", MAX_ROUND);
 512
 513         //generate output file used by Gibbs sampler
 514         if (genGibbsOut) {
 515                 if (model.getNeedCalcConPrb()) {
 516                         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 517                                 rc = pthread_create(&threads[i], &attr, calcConProbs<ReadType, HitType, ModelType>, (void*)(&fparams[i]));
 518                                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot create thread %d when generate files for Gibbs sampler! (numbered from 0)\n", i); exit(-1); }
 519                         }
 520                         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 521                                 rc = pthread_join(threads[i], &status);
 522                                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot join thread %d when generate files for Gibbs sampler! (numbered from 0)\n", i); exit(-1); }
 523                         }
 524                 }
 525                 model.setNeedCalcConPrb(false);
 526
 527                 sprintf(out_for_gibbs_F, "%s.ofg", imdName);
 528                 fo = fopen(out_for_gibbs_F, "w");
 529                 fprintf(fo, "%d %d\n", M, N0);
 530                 for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 531                         int numN = hitvs[i]->getN();
 532                         for (int j = 0; j < numN; j++) {
 533                                 int fr = hitvs[i]->getSAt(j);
 534                                 int to = hitvs[i]->getSAt(j + 1);
 535                                 int totNum = 0;
 536
 537                                 if (ncpvs[i][j] >= EPSILON) { ++totNum; fprintf(fo, "%d %.15g ", 0, ncpvs[i][j]); }
 538                                 for (int k = fr; k < to; k++) {
 539                                         HitType &hit = hitvs[i]->getHitAt(k);
 540                                         if (hit.getConPrb() >= EPSILON) {
 541                                                 ++totNum;
 542                                                 fprintf(fo, "%d %.15g ", hit.getSid(), hit.getConPrb());
 543                                         }
 544                                 }
 545
 546                                 if (totNum > 0) { fprintf(fo, "\n"); }
 547                         }
 548                 }
 549                 fclose(fo);
 550
 551                 char scoreF[STRLEN];
 552                 sprintf(scoreF, "%s.ns", imdName);
 553                 fo = fopen(scoreF, "w");
 554                 fprintf(fo, "%.15g\n", model.getLogP());
 555                 fclose(fo);
 556         }
 557
 558         sprintf(thetaF, "%s.theta", outName);
 559         fo = fopen(thetaF, "w");
 560         fprintf(fo, "%d\n", M + 1);
 561
 562         // output theta'
 563         for (int i = 0; i < M; i++) fprintf(fo, "%.15g ", theta[i]);
 564         fprintf(fo, "%.15g\n", theta[M]);
 565
 566         //calculate expected effective lengths for each isoform
 567         calcExpectedEffectiveLengths<ModelType>(model);
 568
 569         //correct theta vector
 570         sum = theta[0];
 571         for (int i = 1; i <= M; i++)
 572           if (eel[i] < EPSILON) { theta[i] = 0.0; }
 573           else sum += theta[i];
 574         if (sum < EPSILON) { fprintf(stderr, "No Expected Effective Length is no less than %.6g?!\n", MINEEL); exit(-1); }
 575         for (int i = 0; i <= M; i++) theta[i] /= sum;
 576
 577         //calculate expected weights and counts using learned parameters
 578         updateModel = false; calcExpectedWeights = true;
 579         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 580                 rc = pthread_create(&threads[i], &attr, E_STEP<ReadType, HitType, ModelType>, (void*)(&fparams[i]));
 581                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot create thread %d when calculate expected weights! (numbered from 0)\n", i); exit(-1); }
 582                 //assert(rc == 0);
 583         }
 584         for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
 585                 rc = pthread_join(threads[i], &status);
 586                 if (rc != 0) { fprintf(stderr, "Cannot join thread %d! (numbered from 0) when calculate expected weights!\n", i); exit(-1); }
 587                 //assert(rc == 0);
 588         }
 589         model.setNeedCalcConPrb(false);
 590         for (int i = 1; i < nThreads; i++) {
 591                 for (int j = 0; j <= M; j++) {
 592                         countvs[0][j] += countvs[i][j];
 593                 }
 594         }
 595         countvs[0][0] += N0;
 596
 597         /* destroy attribute */
 598         pthread_attr_destroy(&attr);
 599
 600         //convert theta' to theta
 601         double *mw = model.getMW();
 602         sum = 0.0;
 603         for (int i = 0; i <= M; i++) {
 604           theta[i] = (mw[i] < EPSILON ? 0.0 : theta[i] / mw[i]);
 605           sum += theta[i];
 606         }
 607         assert(sum >= EPSILON);
 608         for (int i = 0; i <= M; i++) theta[i] /= sum;
 609
 610         // output theta
 611         for (int i = 0; i < M; i++) fprintf(fo, "%.15g ", theta[i]);
 612         fprintf(fo, "%.15g\n", theta[M]);
 613
 614         fclose(fo);
 615
 616         writeResults<ModelType>(model, countvs[0]);
 617
 618         if (genBamF) {
 619                 sprintf(outBamF, "%s.bam", outName);
 620                 if (transcripts.getType() == 0) {
 621                         sprintf(chr_list, "%s.chrlist", refName);
 622                         pt_chr_list = (char*)(&chr_list);
 623                 }
 624
 625                 BamWriter writer(inpSamType, inpSamF, pt_fn_list, outBamF, pt_chr_list);
 626                 HitWrapper<HitType> wrapper(nThreads, hitvs);
 627                 writer.work(wrapper, transcripts);
 628         }
 629
 630         release<ReadType, HitType, ModelType>(readers, hitvs, ncpvs, mhps);
 631 }
 632
 633 int main(int argc, char* argv[]) {
 634         ifstream fin;
 635         bool quiet = false;
 636
 637         if (argc < 5) {
 638                 printf("Usage : rsem-run-em refName read_type imdName outName [-p #Threads] [-b samInpType samInpF has_fn_list_? [fn_list]] [-q] [--gibbs-out]\n\n");
 639                 printf("  refName: reference name\n");
 640                 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");
 641                 printf("  imdName: name for all upstream/downstream user-unseen files. (different files have different suffices)\n");
 642                 printf("  outName: name for all output files. (different files have different suffices)\n");
 643                 printf("  -p: number of threads which user wants to use. (default: 1)\n");
 644                 printf("  -b: produce bam format output file. (default: off)\n");
 645                 printf("  -q: set it quiet\n");
 646                 printf("  --gibbs-out: generate output file use by Gibbs sampler. (default: off)\n");
 647                 printf("// model parameters should be in imdName.mparams.\n");
 648                 exit(-1);
 649         }
 650
 651         time_t a = time(NULL);
 652
 653         strcpy(refName, argv[1]);
 654         read_type = atoi(argv[2]);
 655         strcpy(imdName, argv[3]);
 656         strcpy(outName, argv[4]);
 657
 658         nThreads = 1;
 659
 660         genBamF = false;
 661         genGibbsOut = false;
 662         pt_fn_list = pt_chr_list = NULL;
 663
 664         for (int i = 5; i < argc; i++) {
 665                 if (!strcmp(argv[i], "-p")) { nThreads = atoi(argv[i + 1]); }
 666                 if (!strcmp(argv[i], "-b")) {
 667                         genBamF = true;
 668                         inpSamType = argv[i + 1][0];
 669                         strcpy(inpSamF, argv[i + 2]);
 670                         if (atoi(argv[i + 3]) == 1) {
 671                                 strcpy(fn_list, argv[i + 4]);
 672                                 pt_fn_list = (char*)(&fn_list);
 673                         }
 674                 }
 675                 if (!strcmp(argv[i], "-q")) { quiet = true; }
 676                 if (!strcmp(argv[i], "--gibbs-out")) { genGibbsOut = true; }
 677         }
 678         if (nThreads <= 0) { fprintf(stderr, "Number of threads should be bigger than 0!\n"); exit(-1); }
 679         //assert(nThreads > 0);
 680
 681         verbose = !quiet;
 682
 683         //basic info loading
 684         sprintf(refF, "%s.seq", refName);
 685         refs.loadRefs(refF);
 686         M = refs.getM();
 687         sprintf(groupF, "%s.grp", refName);
 688         gi.load(groupF);
 689         m = gi.getm();
 690
 691         sprintf(tiF, "%s.ti", refName);
 692         transcripts.readFrom(tiF);
 693
 694         sprintf(cntF, "%s.cnt", imdName);
 695         fin.open(cntF);
 696         if (!fin.is_open()) { fprintf(stderr, "Cannot open %s! It may not exist.\n", cntF); exit(-1); }
 697         fin>>N0>>N1>>N2>>N_tot;
 698         fin.close();
 699
 700         if (N1 <= 0) { fprintf(stderr, "There are no alignable reads!\n"); exit(-1); }
 701
 702         if (nThreads > N1) nThreads = N1;
 703
 704         //set model parameters
 705         mparams.M = M;
 706         mparams.N[0] = N0; mparams.N[1] = N1; mparams.N[2] = N2;
 707         mparams.refs = &refs;
 708
 709         sprintf(mparamsF, "%s.mparams", imdName);
 710         fin.open(mparamsF);
 711         if (!fin.is_open()) { fprintf(stderr, "Cannot open %s! It may not exist.\n", mparamsF); exit(-1); }
 712         fin>> mparams.minL>> mparams.maxL>> mparams.probF;
 713         int val; // 0 or 1 , for estRSPD
 714         fin>>val;
 715         mparams.estRSPD = (val != 0);
 716         fin>> mparams.B>> mparams.mate_minL>> mparams.mate_maxL>> mparams.mean>> mparams.sd;
 717         fin>> mparams.seedLen;
 718         fin.close();
 719
 720         //run EM
 721         switch(read_type) {
 722         case 0 : EM<SingleRead, SingleHit, SingleModel>(); break;
 723         case 1 : EM<SingleReadQ, SingleHit, SingleQModel>(); break;
 724         case 2 : EM<PairedEndRead, PairedEndHit, PairedEndModel>(); break;
 725         case 3 : EM<PairedEndReadQ, PairedEndHit, PairedEndQModel>(); break;
 726         default : fprintf(stderr, "Unknown Read Type!\n"); exit(-1);
 727         }
 728
 729         time_t b = time(NULL);
 730
 731         printTimeUsed(a, b);
 732
 733         return 0;
 734 }