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