bcftools/prob1.c

   1 #include <math.h>
   2 #include <stdlib.h>
   3 #include <string.h>
   4 #include <stdio.h>
   5 #include <errno.h>
   6 #include <assert.h>
   7 #include <limits.h>
   8 #include <zlib.h>
   9 #include "prob1.h"
  10 #include "kstring.h"
  11
  12 #include "kseq.h"
  13 KSTREAM_INIT(gzFile, gzread, 16384)
  14
  15 #define MC_MAX_EM_ITER 16
  16 #define MC_EM_EPS 1e-5
  17 #define MC_DEF_INDEL 0.15
  18
  19 gzFile bcf_p1_fp_lk;
  20
  21 unsigned char seq_nt4_table[256] = {
  22         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  23         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  24         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4 /*'-'*/, 4, 4,
  25         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  26         4, 0, 4, 1,  4, 4, 4, 2,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  27         4, 4, 4, 4,  3, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  28         4, 0, 4, 1,  4, 4, 4, 2,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  29         4, 4, 4, 4,  3, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  30         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  31         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  32         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  33         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  34         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  35         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  36         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,
  37         4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4,  4, 4, 4, 4
  38 };
  39
  40 struct __bcf_p1aux_t {
  41         int n, M, n1, is_indel;
  42         uint8_t *ploidy; // haploid or diploid ONLY
  43         double *q2p, *pdg; // pdg -> P(D|g)
  44         double *phi, *phi_indel;
  45         double *z, *zswap; // aux for afs
  46         double *z1, *z2, *phi1, *phi2; // only calculated when n1 is set
  47         double **hg; // hypergeometric distribution
  48         double *lf; // log factorial
  49         double t, t1, t2;
  50         double *afs, *afs1; // afs: accumulative AFS; afs1: site posterior distribution
  51         const uint8_t *PL; // point to PL
  52         int PL_len;
  53 };
  54
  55 void bcf_p1_indel_prior(bcf_p1aux_t *ma, double x)
  56 {
  57         int i;
  58         for (i = 0; i < ma->M; ++i)
  59                 ma->phi_indel[i] = ma->phi[i] * x;
  60         ma->phi_indel[ma->M] = 1. - ma->phi[ma->M] * x;
  61 }
  62
  63 static void init_prior(int type, double theta, int M, double *phi)
  64 {
  65         int i;
  66         if (type == MC_PTYPE_COND2) {
  67                 for (i = 0; i <= M; ++i)
  68                         phi[i] = 2. * (i + 1) / (M + 1) / (M + 2);
  69         } else if (type == MC_PTYPE_FLAT) {
  70                 for (i = 0; i <= M; ++i)
  71                         phi[i] = 1. / (M + 1);
  72         } else {
  73                 double sum;
  74                 for (i = 0, sum = 0.; i < M; ++i)
  75                         sum += (phi[i] = theta / (M - i));
  76                 phi[M] = 1. - sum;
  77         }
  78 }
  79
  80 void bcf_p1_init_prior(bcf_p1aux_t *ma, int type, double theta)
  81 {
  82         init_prior(type, theta, ma->M, ma->phi);
  83         bcf_p1_indel_prior(ma, MC_DEF_INDEL);
  84 }
  85
  86 void bcf_p1_init_subprior(bcf_p1aux_t *ma, int type, double theta)
  87 {
  88         if (ma->n1 <= 0 || ma->n1 >= ma->M) return;
  89         init_prior(type, theta, 2*ma->n1, ma->phi1);
  90         init_prior(type, theta, 2*(ma->n - ma->n1), ma->phi2);
  91 }
  92
  93 int bcf_p1_read_prior(bcf_p1aux_t *ma, const char *fn)
  94 {
  95         gzFile fp;
  96         kstring_t s;
  97         kstream_t *ks;
  98         long double sum;
  99         int dret, k;
 100         memset(&s, 0, sizeof(kstring_t));
 101         fp = strcmp(fn, "-")? gzopen(fn, "r") : gzdopen(fileno(stdin), "r");
 102         ks = ks_init(fp);
 103         memset(ma->phi, 0, sizeof(double) * (ma->M + 1));
 104         while (ks_getuntil(ks, '\n', &s, &dret) >= 0) {
 105                 if (strstr(s.s, "[afs] ") == s.s) {
 106                         char *p = s.s + 6;
 107                         for (k = 0; k <= ma->M; ++k) {
 108                                 int x;
 109                                 double y;
 110                                 x = strtol(p, &p, 10);
 111                                 if (x != k && (errno == EINVAL || errno == ERANGE)) return -1;
 112                                 ++p;
 113                                 y = strtod(p, &p);
 114                                 if (y == 0. && (errno == EINVAL || errno == ERANGE)) return -1;
 115                                 ma->phi[ma->M - k] += y;
 116                         }
 117                 }
 118         }
 119         ks_destroy(ks);
 120         gzclose(fp);
 121         free(s.s);
 122         for (sum = 0., k = 0; k <= ma->M; ++k) sum += ma->phi[k];
 123         fprintf(stderr, "[prior]");
 124         for (k = 0; k <= ma->M; ++k) ma->phi[k] /= sum;
 125         for (k = 0; k <= ma->M; ++k) fprintf(stderr, " %d:%.3lg", k, ma->phi[ma->M - k]);
 126         fputc('\n', stderr);
 127         for (sum = 0., k = 1; k < ma->M; ++k) sum += ma->phi[ma->M - k] * (2.* k * (ma->M - k) / ma->M / (ma->M - 1));
 128         fprintf(stderr, "[%s] heterozygosity=%lf, ", __func__, (double)sum);
 129         for (sum = 0., k = 1; k <= ma->M; ++k) sum += k * ma->phi[ma->M - k] / ma->M;
 130         fprintf(stderr, "theta=%lf\n", (double)sum);
 131         bcf_p1_indel_prior(ma, MC_DEF_INDEL);
 132         return 0;
 133 }
 134
 135 bcf_p1aux_t *bcf_p1_init(int n, uint8_t *ploidy)
 136 {
 137         bcf_p1aux_t *ma;
 138         int i;
 139         ma = calloc(1, sizeof(bcf_p1aux_t));
 140         ma->n1 = -1;
 141         ma->n = n; ma->M = 2 * n;
 142         if (ploidy) {
 143                 ma->ploidy = malloc(n);
 144                 memcpy(ma->ploidy, ploidy, n);
 145                 for (i = 0, ma->M = 0; i < n; ++i) ma->M += ploidy[i];
 146                 if (ma->M == 2 * n) {
 147                         free(ma->ploidy);
 148                         ma->ploidy = 0;
 149                 }
 150         }
 151         ma->q2p = calloc(256, sizeof(double));
 152         ma->pdg = calloc(3 * ma->n, sizeof(double));
 153         ma->phi = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 154         ma->phi_indel = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 155         ma->phi1 = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 156         ma->phi2 = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 157         ma->z = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 158         ma->zswap = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 159         ma->z1 = calloc(ma->M + 1, sizeof(double)); // actually we do not need this large
 160         ma->z2 = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 161         ma->afs = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 162         ma->afs1 = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 163         ma->lf = calloc(ma->M + 1, sizeof(double));
 164         for (i = 0; i < 256; ++i)
 165                 ma->q2p[i] = pow(10., -i / 10.);
 166         for (i = 0; i <= ma->M; ++i) ma->lf[i] = lgamma(i + 1);
 167         bcf_p1_init_prior(ma, MC_PTYPE_FULL, 1e-3); // the simplest prior
 168         return ma;
 169 }
 170
 171 int bcf_p1_get_M(bcf_p1aux_t *b) { return b->M; }
 172
 173 int bcf_p1_set_n1(bcf_p1aux_t *b, int n1)
 174 {
 175         if (n1 == 0 || n1 >= b->n) return -1;
 176         if (b->M != b->n * 2) {
 177                 fprintf(stderr, "[%s] unable to set `n1' when there are haploid samples.\n", __func__);
 178                 return -1;
 179         }
 180         b->n1 = n1;
 181         return 0;
 182 }
 183
 184 void bcf_p1_set_ploidy(bcf1_t *b, bcf_p1aux_t *ma)
 185 {
 186     // bcf_p1aux_t fields are not visible outside of prob1.c, hence this wrapper.
 187     // Ideally, this should set ploidy per site to allow pseudo-autosomal regions
 188     b->ploidy = ma->ploidy;
 189 }
 190
 191 void bcf_p1_destroy(bcf_p1aux_t *ma)
 192 {
 193         if (ma) {
 194                 int k;
 195                 free(ma->lf);
 196                 if (ma->hg && ma->n1 > 0) {
 197                         for (k = 0; k <= 2*ma->n1; ++k) free(ma->hg[k]);
 198                         free(ma->hg);
 199                 }
 200                 free(ma->ploidy); free(ma->q2p); free(ma->pdg);
 201                 free(ma->phi); free(ma->phi_indel); free(ma->phi1); free(ma->phi2);
 202                 free(ma->z); free(ma->zswap); free(ma->z1); free(ma->z2);
 203                 free(ma->afs); free(ma->afs1);
 204                 free(ma);
 205         }
 206 }
 207
 208 extern double kf_gammap(double s, double z);
 209 int test16(bcf1_t *b, anno16_t *a);
 210
 211 // Wigginton 2005, PMID: 15789306
 212 // written by Jan Wigginton
 213 double calc_hwe(int obs_hom1, int obs_hom2, int obs_hets)
 214 {
 215     if (obs_hom1 + obs_hom2 + obs_hets == 0 ) return 1;
 216
 217     assert(obs_hom1 >= 0 && obs_hom2 >= 0 && obs_hets >= 0);
 218
 219     int obs_homc = obs_hom1 < obs_hom2 ? obs_hom2 : obs_hom1;
 220     int obs_homr = obs_hom1 < obs_hom2 ? obs_hom1 : obs_hom2;
 221
 222     int rare_copies = 2 * obs_homr + obs_hets;
 223     int genotypes   = obs_hets + obs_homc + obs_homr;
 224
 225     double *het_probs = (double*) calloc(rare_copies+1, sizeof(double));
 226
 227     /* start at midpoint */
 228     int mid = rare_copies * (2 * genotypes - rare_copies) / (2 * genotypes);
 229
 230     /* check to ensure that midpoint and rare alleles have same parity */
 231     if ((rare_copies & 1) ^ (mid & 1)) mid++;
 232
 233     int curr_hets = mid;
 234     int curr_homr = (rare_copies - mid) / 2;
 235     int curr_homc = genotypes - curr_hets - curr_homr;
 236
 237     het_probs[mid] = 1.0;
 238     double sum = het_probs[mid];
 239     for (curr_hets = mid; curr_hets > 1; curr_hets -= 2)
 240     {
 241         het_probs[curr_hets - 2] = het_probs[curr_hets] * curr_hets * (curr_hets - 1.0) / (4.0 * (curr_homr + 1.0) * (curr_homc + 1.0));
 242         sum += het_probs[curr_hets - 2];
 243
 244         /* 2 fewer heterozygotes for next iteration -> add one rare, one common homozygote */
 245         curr_homr++;
 246         curr_homc++;
 247     }
 248
 249     curr_hets = mid;
 250     curr_homr = (rare_copies - mid) / 2;
 251     curr_homc = genotypes - curr_hets - curr_homr;
 252     for (curr_hets = mid; curr_hets <= rare_copies - 2; curr_hets += 2)
 253     {
 254         het_probs[curr_hets + 2] = het_probs[curr_hets] * 4.0 * curr_homr * curr_homc /((curr_hets + 2.0) * (curr_hets + 1.0));
 255         sum += het_probs[curr_hets + 2];
 256
 257         /* add 2 heterozygotes for next iteration -> subtract one rare, one common homozygote */
 258         curr_homr--;
 259         curr_homc--;
 260     }
 261     int i;
 262     for (i = 0; i <= rare_copies; i++) het_probs[i] /= sum;
 263
 264     /*  p-value calculation for p_hwe  */
 265     double p_hwe = 0.0;
 266     for (i = 0; i <= rare_copies; i++)
 267     {
 268         if (het_probs[i] > het_probs[obs_hets])
 269             continue;
 270         p_hwe += het_probs[i];
 271     }
 272
 273     p_hwe = p_hwe > 1.0 ? 1.0 : p_hwe;
 274     free(het_probs);
 275     return p_hwe;
 276
 277 }
 278
 279
 280 static void _bcf1_set_ref(bcf1_t *b, int idp)
 281 {
 282     kstring_t s;
 283     int old_n_gi = b->n_gi;
 284     s.m = b->m_str; s.l = b->l_str - 1; s.s = b->str;
 285     kputs(":GT", &s); kputc('\0', &s);
 286     b->m_str = s.m; b->l_str = s.l; b->str = s.s;
 287     bcf_sync(b);
 288
 289     // Call GTs
 290     int isample, an = 0;
 291     for (isample = 0; isample < b->n_smpl; isample++)
 292     {
 293         if ( idp>=0 && ((uint16_t*)b->gi[idp].data)[isample]==0 )
 294             ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi].data)[isample] = 1<<7;
 295         else
 296         {
 297             ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi].data)[isample] = 0;
 298             an += b->ploidy ? b->ploidy[isample] : 2;
 299         }
 300     }
 301     bcf_fit_alt(b,1);
 302     b->qual = 999;
 303
 304     // Prepare BCF for output: ref, alt, filter, info, format
 305     memset(&s, 0, sizeof(kstring_t)); kputc('\0', &s);
 306     kputs(b->ref, &s); kputc('\0', &s);
 307     kputs(b->alt, &s); kputc('\0', &s); kputc('\0', &s);
 308     {
 309         ksprintf(&s, "AN=%d;", an);
 310         kputs(b->info, &s);
 311         anno16_t a;
 312         int has_I16 = test16(b, &a) >= 0? 1 : 0;
 313         if (has_I16 )
 314         {
 315             if ( a.is_tested) ksprintf(&s, ";PV4=%.2g,%.2g,%.2g,%.2g", a.p[0], a.p[1], a.p[2], a.p[3]);
 316             ksprintf(&s, ";DP4=%d,%d,%d,%d;MQ=%d", a.d[0], a.d[1], a.d[2], a.d[3], a.mq);
 317         }
 318         kputc('\0', &s);
 319         rm_info(&s, "I16=");
 320         rm_info(&s, "QS=");
 321     }
 322     kputs(b->fmt, &s); kputc('\0', &s);
 323     free(b->str);
 324     b->m_str = s.m; b->l_str = s.l; b->str = s.s;
 325     bcf_sync(b);
 326 }
 327
 328 int call_multiallelic_gt(bcf1_t *b, bcf_p1aux_t *ma, double threshold, int var_only)
 329 {
 330     int nals = 1;
 331     char *p;
 332     for (p=b->alt; *p; p++)
 333     {
 334         if ( *p=='X' || p[0]=='.' ) break;
 335         if ( p[0]==',' ) nals++;
 336     }
 337     if ( b->alt[0] && !*p ) nals++;
 338
 339     if ( nals>4 )
 340     {
 341         if ( *b->ref=='N' ) return 0;
 342         fprintf(stderr,"Not ready for this, more than 4 alleles at %d: %s, %s\n", b->pos+1, b->ref,b->alt);
 343         exit(1);
 344     }
 345
 346     // find PL, DV and DP FORMAT indexes
 347     uint8_t *pl = NULL;
 348     int i, npl = 0, idp = -1, idv = -1;
 349     for (i = 0; i < b->n_gi; ++i)
 350     {
 351         if (b->gi[i].fmt == bcf_str2int("PL", 2))
 352         {
 353             pl  = (uint8_t*)b->gi[i].data;
 354             npl = b->gi[i].len;
 355         }
 356         else if (b->gi[i].fmt == bcf_str2int("DP", 2))  idp=i;
 357         else if (b->gi[i].fmt == bcf_str2int("DV", 2))  idv=i;
 358     }
 359     if ( nals==1 )
 360     {
 361         if ( !var_only ) _bcf1_set_ref(b, idp);
 362         return 1;
 363     }
 364     if ( !pl ) return -1;
 365
 366     assert(ma->q2p[0] == 1);
 367
 368     // Init P(D|G)
 369     int npdg = nals*(nals+1)/2;
 370     double *pdg,*_pdg;
 371     _pdg = pdg = malloc(sizeof(double)*ma->n*npdg);
 372     for (i=0; i<ma->n; i++)
 373     {
 374         int j;
 375         double sum = 0;
 376         for (j=0; j<npdg; j++)
 377         {
 378             //_pdg[j] = pow(10,-0.1*pl[j]);
 379             _pdg[j] = ma->q2p[pl[j]];
 380             sum += _pdg[j];
 381         }
 382         if ( sum )
 383             for (j=0; j<npdg; j++) _pdg[j] /= sum;
 384         _pdg += npdg;
 385         pl += npl;
 386     }
 387
 388     if ((p = strstr(b->info, "QS=")) == 0) { fprintf(stderr,"INFO/QS is required with -m, exiting\n"); exit(1); }
 389     double qsum[4];
 390     if ( sscanf(p+3,"%lf,%lf,%lf,%lf",&qsum[0],&qsum[1],&qsum[2],&qsum[3])!=4 ) { fprintf(stderr,"Could not parse %s\n",p); exit(1); }
 391
 392
 393     // Calculate the most likely combination of alleles, remembering the most and second most likely set
 394     int ia,ib,ic, max_als=0, max_als2=0;
 395     double ref_lk = 0, max_lk = INT_MIN, max_lk2 = INT_MIN, lk_sum = INT_MIN, lk_sums[3];
 396     for (ia=0; ia<nals; ia++)
 397     {
 398         double lk_tot = 0;
 399         int iaa = (ia+1)*(ia+2)/2-1;
 400         int isample;
 401         for (isample=0; isample<ma->n; isample++)
 402         {
 403             double *p = pdg + isample*npdg;
 404             // assert( log(p[iaa]) <= 0 );
 405             lk_tot += log(p[iaa]);
 406         }
 407         if ( ia==0 ) ref_lk = lk_tot;
 408         if ( max_lk<lk_tot ) { max_lk2 = max_lk; max_als2 = max_als; max_lk = lk_tot; max_als = 1<<ia; }
 409         else if ( max_lk2<lk_tot ) { max_lk2 = lk_tot; max_als2 = 1<<ia; }
 410         lk_sum = lk_tot>lk_sum ? lk_tot + log(1+exp(lk_sum-lk_tot)) : lk_sum + log(1+exp(lk_tot-lk_sum));
 411     }
 412     lk_sums[0] = lk_sum;
 413     if ( nals>1 )
 414     {
 415         for (ia=0; ia<nals; ia++)
 416         {
 417             if ( qsum[ia]==0 ) continue;
 418             int iaa = (ia+1)*(ia+2)/2-1;
 419             for (ib=0; ib<ia; ib++)
 420             {
 421                 if ( qsum[ib]==0 ) continue;
 422                 double lk_tot = 0;
 423                 double fa  = qsum[ia]/(qsum[ia]+qsum[ib]);
 424                 double fb  = qsum[ib]/(qsum[ia]+qsum[ib]);
 425                 double fab = 2*fa*fb; fa *= fa; fb *= fb;
 426                 int isample, ibb = (ib+1)*(ib+2)/2-1, iab = iaa - ia + ib;
 427                 for (isample=0; isample<ma->n; isample++)
 428                 {
 429                     double *p = pdg + isample*npdg;
 430                     //assert( log(fa*p[iaa] + fb*p[ibb] + fab*p[iab]) <= 0 );
 431                     if ( b->ploidy && b->ploidy[isample]==1 )
 432                         lk_tot +=  log(fa*p[iaa] + fb*p[ibb]);
 433                     else
 434                         lk_tot +=  log(fa*p[iaa] + fb*p[ibb] + fab*p[iab]);
 435                 }
 436                 if ( max_lk<lk_tot ) { max_lk2 = max_lk; max_als2 = max_als; max_lk = lk_tot; max_als = 1<<ia|1<<ib; }
 437                 else if ( max_lk2<lk_tot ) { max_lk2 = lk_tot; max_als2 = 1<<ia|1<<ib; }
 438                 lk_sum = lk_tot>lk_sum ? lk_tot + log(1+exp(lk_sum-lk_tot)) : lk_sum + log(1+exp(lk_tot-lk_sum));
 439             }
 440         }
 441         lk_sums[1] = lk_sum;
 442     }
 443     if ( nals>2 )
 444     {
 445         for (ia=0; ia<nals; ia++)
 446         {
 447             if ( qsum[ia]==0 ) continue;
 448             int iaa = (ia+1)*(ia+2)/2-1;
 449             for (ib=0; ib<ia; ib++)
 450             {
 451                 if ( qsum[ib]==0 ) continue;
 452                 int ibb = (ib+1)*(ib+2)/2-1;
 453                 int iab = iaa - ia + ib;
 454                 for (ic=0; ic<ib; ic++)
 455                 {
 456                     if ( qsum[ic]==0 ) continue;
 457                     double lk_tot = 0;
 458                     double fa  = qsum[ia]/(qsum[ia]+qsum[ib]+qsum[ic]);
 459                     double fb  = qsum[ib]/(qsum[ia]+qsum[ib]+qsum[ic]);
 460                     double fc  = qsum[ic]/(qsum[ia]+qsum[ib]+qsum[ic]);
 461                     double fab = 2*fa*fb, fac = 2*fa*fc, fbc = 2*fb*fc; fa *= fa; fb *= fb; fc *= fc;
 462                     int isample, icc = (ic+1)*(ic+2)/2-1;
 463                     int iac = iaa - ia + ic, ibc = ibb - ib + ic;
 464                     for (isample=0; isample<ma->n; isample++)
 465                     {
 466                         double *p = pdg + isample*npdg;
 467                         //assert( log(fa*p[iaa] + fb*p[ibb] + fc*p[icc] + fab*p[iab] + fac*p[iac] + fbc*p[ibc]) <= 0 );
 468                         if ( b->ploidy && b->ploidy[isample]==1 )
 469                             lk_tot += log(fa*p[iaa] + fb*p[ibb] + fc*p[icc]);
 470                         else
 471                             lk_tot += log(fa*p[iaa] + fb*p[ibb] + fc*p[icc] + fab*p[iab] + fac*p[iac] + fbc*p[ibc]);
 472                     }
 473                     if ( max_lk<lk_tot ) { max_lk2 = max_lk; max_als2 = max_als; max_lk = lk_tot; max_als = 1<<ia|1<<ib|1<<ic; }
 474                     else if ( max_lk2<lk_tot ) { max_lk2 = lk_tot; max_als2 = 1<<ia|1<<ib|1<<ic; }
 475                     lk_sum = lk_tot>lk_sum ? lk_tot + log(1+exp(lk_sum-lk_tot)) : lk_sum + log(1+exp(lk_tot-lk_sum));
 476                 }
 477             }
 478         }
 479         lk_sums[2] = lk_sum;
 480     }
 481
 482     // Should we add another allele, does it increase the likelihood significantly?
 483     int n1=0, n2=0;
 484     for (i=0; i<nals; i++) if ( max_als&1<<i) n1++;
 485     for (i=0; i<nals; i++) if ( max_als2&1<<i) n2++;
 486     if ( n2<n1 && kf_gammap(1,2.0*(max_lk-max_lk2))<threshold )
 487     {
 488         // the threshold not exceeded, use the second most likely set with fewer alleles
 489         max_lk  = max_lk2;
 490         max_als = max_als2;
 491         n1 = n2;
 492     }
 493     lk_sum = lk_sums[n1-1];
 494
 495     // Get the BCF record ready for GT and GQ
 496     kstring_t s;
 497     int old_n_gi = b->n_gi;
 498     s.m = b->m_str; s.l = b->l_str - 1; s.s = b->str;
 499     kputs(":GT:GQ", &s); kputc('\0', &s);
 500     b->m_str = s.m; b->l_str = s.l; b->str = s.s;
 501     bcf_sync(b);
 502
 503     // Call GTs
 504     int isample, gts=0, ac[4] = {0,0,0,0};
 505     int nRR = 0, nAA = 0, nRA = 0, max_dv = 0, dp_nref = 0;
 506     for (isample = 0; isample < b->n_smpl; isample++)
 507     {
 508         int ploidy = b->ploidy ? b->ploidy[isample] : 2;
 509         double *p = pdg + isample*npdg;
 510         int ia, als = 0;
 511         double lk = 0, lk_s = 0;
 512         for (ia=0; ia<nals; ia++)
 513         {
 514             if ( !(max_als&1<<ia) ) continue;
 515             int iaa = (ia+1)*(ia+2)/2-1;
 516             double _lk = p[iaa]*qsum[ia]*qsum[ia];
 517             if ( _lk > lk ) { lk = _lk; als = ia<<3 | ia; }
 518             lk_s += _lk;
 519         }
 520         if ( ploidy==2 )
 521         {
 522             for (ia=0; ia<nals; ia++)
 523             {
 524                 if ( !(max_als&1<<ia) ) continue;
 525                 int iaa = (ia+1)*(ia+2)/2-1;
 526                 for (ib=0; ib<ia; ib++)
 527                 {
 528                     if ( !(max_als&1<<ib) ) continue;
 529                     int iab = iaa - ia + ib;
 530                     double _lk = 2*qsum[ia]*qsum[ib]*p[iab];
 531                     if ( _lk > lk ) { lk = _lk; als = ib<<3 | ia; }
 532                     lk_s += _lk;
 533                 }
 534             }
 535         }
 536         lk = -log(1-lk/lk_s)/0.2302585;
 537         int dp = 0;
 538         if ( idp>=0 && (dp=((uint16_t*)b->gi[idp].data)[isample])==0 )
 539         {
 540             // no coverage
 541             ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi].data)[isample]   = 1<<7;
 542             ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi+1].data)[isample] = 0;
 543             continue;
 544         }
 545         if ( lk>99 ) lk = 99;
 546         ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi].data)[isample]   = als;
 547         ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi+1].data)[isample] = (int)lk;
 548
 549         // For MDV annotation
 550         int dv;
 551         if ( als && idv>=0 && (dv=((uint16_t*)b->gi[idv].data)[isample]) )
 552         {
 553             if ( max_dv < dv ) max_dv = dv;
 554             dp_nref += dp;
 555         }
 556
 557         // For HWE annotation; multiple ALT alleles treated as one
 558         if ( !als ) nRR++;
 559         else if ( !(als>>3&7) || !(als&7) ) nRA++;
 560         else nAA++;
 561
 562         gts |= 1<<(als>>3&7) | 1<<(als&7);
 563         ac[ als>>3&7 ]++;
 564         ac[ als&7 ]++;
 565     }
 566     free(pdg);
 567     bcf_fit_alt(b,max_als);
 568
 569     // The VCF spec is ambiguous about QUAL: is it the probability of anything else
 570     //  (that is QUAL(non-ref) = P(ref)+P(any non-ref other than ALT)) or is it
 571     //  QUAL(non-ref)=P(ref) and QUAL(ref)=1-P(ref)? Assuming the latter.
 572     b->qual = gts>1 ? -4.343*(ref_lk - lk_sum) : -4.343*log(1-exp(ref_lk - lk_sum));
 573     if ( b->qual>999 ) b->qual = 999;
 574
 575     // Prepare BCF for output: ref, alt, filter, info, format
 576     memset(&s, 0, sizeof(kstring_t)); kputc('\0', &s);
 577     kputs(b->ref, &s); kputc('\0', &s);
 578     kputs(b->alt, &s); kputc('\0', &s); kputc('\0', &s);
 579     {
 580         int an=0, nalts=0;
 581         for (i=0; i<nals; i++)
 582         {
 583             an += ac[i];
 584             if ( i>0 && ac[i] ) nalts++;
 585         }
 586         ksprintf(&s, "AN=%d;", an);
 587         if ( nalts )
 588         {
 589             kputs("AC=", &s);
 590             for (i=1; i<nals; i++)
 591             {
 592                 if ( !(gts&1<<i) ) continue;
 593                 nalts--;
 594                 ksprintf(&s,"%d", ac[i]);
 595                 if ( nalts>0 ) kputc(',', &s);
 596             }
 597             kputc(';', &s);
 598         }
 599         kputs(b->info, &s);
 600         anno16_t a;
 601         int has_I16 = test16(b, &a) >= 0? 1 : 0;
 602         if (has_I16 )
 603         {
 604             if ( a.is_tested) ksprintf(&s, ";PV4=%.2g,%.2g,%.2g,%.2g", a.p[0], a.p[1], a.p[2], a.p[3]);
 605             ksprintf(&s, ";DP4=%d,%d,%d,%d;MQ=%d", a.d[0], a.d[1], a.d[2], a.d[3], a.mq);
 606             ksprintf(&s, ";QBD=%e", b->qual/(a.d[0] + a.d[1] + a.d[2] + a.d[3]));
 607             if ( dp_nref ) ksprintf(&s, ";QBDNR=%e", b->qual/dp_nref);
 608             if ( max_dv ) ksprintf(&s, ";MDV=%d", max_dv);
 609         }
 610         if ( nAA+nRA )
 611         {
 612             double hwe = calc_hwe(nAA, nRR, nRA);
 613             ksprintf(&s, ";HWE=%e", hwe);
 614         }
 615         kputc('\0', &s);
 616         rm_info(&s, "I16=");
 617         rm_info(&s, "QS=");
 618     }
 619     kputs(b->fmt, &s); kputc('\0', &s);
 620     free(b->str);
 621     b->m_str = s.m; b->l_str = s.l; b->str = s.s;
 622     bcf_sync(b);
 623
 624     return gts;
 625 }
 626
 627 static int cal_pdg(const bcf1_t *b, bcf_p1aux_t *ma)
 628 {
 629     int i, j;
 630     long *p, tmp;
 631     p = alloca(b->n_alleles * sizeof(long));
 632     memset(p, 0, sizeof(long) * b->n_alleles);
 633     for (j = 0; j < ma->n; ++j) {
 634         const uint8_t *pi = ma->PL + j * ma->PL_len;
 635         double *pdg = ma->pdg + j * 3;
 636         pdg[0] = ma->q2p[pi[2]]; pdg[1] = ma->q2p[pi[1]]; pdg[2] = ma->q2p[pi[0]];
 637         for (i = 0; i < b->n_alleles; ++i)
 638             p[i] += (int)pi[(i+1)*(i+2)/2-1];
 639     }
 640     for (i = 0; i < b->n_alleles; ++i) p[i] = p[i]<<4 | i;
 641     for (i = 1; i < b->n_alleles; ++i) // insertion sort
 642         for (j = i; j > 0 && p[j] < p[j-1]; --j)
 643             tmp = p[j], p[j] = p[j-1], p[j-1] = tmp;
 644     for (i = b->n_alleles - 1; i >= 0; --i)
 645         if ((p[i]&0xf) == 0) break;
 646     return i;
 647 }
 648
 649
 650 int bcf_p1_call_gt(const bcf_p1aux_t *ma, double f0, int k)
 651 {
 652         double sum, g[3];
 653         double max, f3[3], *pdg = ma->pdg + k * 3;
 654         int q, i, max_i, ploidy;
 655         ploidy = ma->ploidy? ma->ploidy[k] : 2;
 656         if (ploidy == 2) {
 657                 f3[0] = (1.-f0)*(1.-f0); f3[1] = 2.*f0*(1.-f0); f3[2] = f0*f0;
 658         } else {
 659                 f3[0] = 1. - f0; f3[1] = 0; f3[2] = f0;
 660         }
 661         for (i = 0, sum = 0.; i < 3; ++i)
 662                 sum += (g[i] = pdg[i] * f3[i]);
 663         for (i = 0, max = -1., max_i = 0; i < 3; ++i) {
 664                 g[i] /= sum;
 665                 if (g[i] > max) max = g[i], max_i = i;
 666         }
 667         max = 1. - max;
 668         if (max < 1e-308) max = 1e-308;
 669         q = (int)(-4.343 * log(max) + .499);
 670         if (q > 99) q = 99;
 671         return q<<2|max_i;
 672 }
 673
 674 #define TINY 1e-20
 675
 676 static void mc_cal_y_core(bcf_p1aux_t *ma, int beg)
 677 {
 678         double *z[2], *tmp, *pdg;
 679         int _j, last_min, last_max;
 680         assert(beg == 0 || ma->M == ma->n*2);
 681         z[0] = ma->z;
 682         z[1] = ma->zswap;
 683         pdg = ma->pdg;
 684         memset(z[0], 0, sizeof(double) * (ma->M + 1));
 685         memset(z[1], 0, sizeof(double) * (ma->M + 1));
 686         z[0][0] = 1.;
 687         last_min = last_max = 0;
 688         ma->t = 0.;
 689         if (ma->M == ma->n * 2) {
 690                 int M = 0;
 691                 for (_j = beg; _j < ma->n; ++_j) {
 692                         int k, j = _j - beg, _min = last_min, _max = last_max, M0;
 693                         double p[3], sum;
 694                         M0 = M; M += 2;
 695                         pdg = ma->pdg + _j * 3;
 696                         p[0] = pdg[0]; p[1] = 2. * pdg[1]; p[2] = pdg[2];
 697                         for (; _min < _max && z[0][_min] < TINY; ++_min) z[0][_min] = z[1][_min] = 0.;
 698                         for (; _max > _min && z[0][_max] < TINY; --_max) z[0][_max] = z[1][_max] = 0.;
 699                         _max += 2;
 700                         if (_min == 0) k = 0, z[1][k] = (M0-k+1) * (M0-k+2) * p[0] * z[0][k];
 701                         if (_min <= 1) k = 1, z[1][k] = (M0-k+1) * (M0-k+2) * p[0] * z[0][k] + k*(M0-k+2) * p[1] * z[0][k-1];
 702                         for (k = _min < 2? 2 : _min; k <= _max; ++k)
 703                                 z[1][k] = (M0-k+1)*(M0-k+2) * p[0] * z[0][k] + k*(M0-k+2) * p[1] * z[0][k-1] + k*(k-1)* p[2] * z[0][k-2];
 704                         for (k = _min, sum = 0.; k <= _max; ++k) sum += z[1][k];
 705                         ma->t += log(sum / (M * (M - 1.)));
 706                         for (k = _min; k <= _max; ++k) z[1][k] /= sum;
 707                         if (_min >= 1) z[1][_min-1] = 0.;
 708                         if (_min >= 2) z[1][_min-2] = 0.;
 709                         if (j < ma->n - 1) z[1][_max+1] = z[1][_max+2] = 0.;
 710                         if (_j == ma->n1 - 1) { // set pop1; ma->n1==-1 when unset
 711                                 ma->t1 = ma->t;
 712                                 memcpy(ma->z1, z[1], sizeof(double) * (ma->n1 * 2 + 1));
 713                         }
 714                         tmp = z[0]; z[0] = z[1]; z[1] = tmp;
 715                         last_min = _min; last_max = _max;
 716                 }
 717                 //for (_j = 0; _j < last_min; ++_j) z[0][_j] = 0.; // TODO: are these necessary?
 718                 //for (_j = last_max + 1; _j < ma->M; ++_j) z[0][_j] = 0.;
 719         } else { // this block is very similar to the block above; these two might be merged in future
 720                 int j, M = 0;
 721                 for (j = 0; j < ma->n; ++j) {
 722                         int k, M0, _min = last_min, _max = last_max;
 723                         double p[3], sum;
 724                         pdg = ma->pdg + j * 3;
 725                         for (; _min < _max && z[0][_min] < TINY; ++_min) z[0][_min] = z[1][_min] = 0.;
 726                         for (; _max > _min && z[0][_max] < TINY; --_max) z[0][_max] = z[1][_max] = 0.;
 727                         M0 = M;
 728                         M += ma->ploidy[j];
 729                         if (ma->ploidy[j] == 1) {
 730                                 p[0] = pdg[0]; p[1] = pdg[2];
 731                                 _max++;
 732                                 if (_min == 0) k = 0, z[1][k] = (M0+1-k) * p[0] * z[0][k];
 733                                 for (k = _min < 1? 1 : _min; k <= _max; ++k)
 734                                         z[1][k] = (M0+1-k) * p[0] * z[0][k] + k * p[1] * z[0][k-1];
 735                                 for (k = _min, sum = 0.; k <= _max; ++k) sum += z[1][k];
 736                                 ma->t += log(sum / M);
 737                                 for (k = _min; k <= _max; ++k) z[1][k] /= sum;
 738                                 if (_min >= 1) z[1][_min-1] = 0.;
 739                                 if (j < ma->n - 1) z[1][_max+1] = 0.;
 740                         } else if (ma->ploidy[j] == 2) {
 741                                 p[0] = pdg[0]; p[1] = 2 * pdg[1]; p[2] = pdg[2];
 742                                 _max += 2;
 743                                 if (_min == 0) k = 0, z[1][k] = (M0-k+1) * (M0-k+2) * p[0] * z[0][k];
 744                                 if (_min <= 1) k = 1, z[1][k] = (M0-k+1) * (M0-k+2) * p[0] * z[0][k] + k*(M0-k+2) * p[1] * z[0][k-1];
 745                                 for (k = _min < 2? 2 : _min; k <= _max; ++k)
 746                                         z[1][k] = (M0-k+1)*(M0-k+2) * p[0] * z[0][k] + k*(M0-k+2) * p[1] * z[0][k-1] + k*(k-1)* p[2] * z[0][k-2];
 747                                 for (k = _min, sum = 0.; k <= _max; ++k) sum += z[1][k];
 748                                 ma->t += log(sum / (M * (M - 1.)));
 749                                 for (k = _min; k <= _max; ++k) z[1][k] /= sum;
 750                                 if (_min >= 1) z[1][_min-1] = 0.;
 751                                 if (_min >= 2) z[1][_min-2] = 0.;
 752                                 if (j < ma->n - 1) z[1][_max+1] = z[1][_max+2] = 0.;
 753                         }
 754                         tmp = z[0]; z[0] = z[1]; z[1] = tmp;
 755                         last_min = _min; last_max = _max;
 756                 }
 757         }
 758         if (z[0] != ma->z) memcpy(ma->z, z[0], sizeof(double) * (ma->M + 1));
 759         if (bcf_p1_fp_lk)
 760                 gzwrite(bcf_p1_fp_lk, ma->z, sizeof(double) * (ma->M + 1));
 761 }
 762
 763 static void mc_cal_y(bcf_p1aux_t *ma)
 764 {
 765         if (ma->n1 > 0 && ma->n1 < ma->n && ma->M == ma->n * 2) { // NB: ma->n1 is ineffective when there are haploid samples
 766                 int k;
 767                 long double x;
 768                 memset(ma->z1, 0, sizeof(double) * (2 * ma->n1 + 1));
 769                 memset(ma->z2, 0, sizeof(double) * (2 * (ma->n - ma->n1) + 1));
 770                 ma->t1 = ma->t2 = 0.;
 771                 mc_cal_y_core(ma, ma->n1);
 772                 ma->t2 = ma->t;
 773                 memcpy(ma->z2, ma->z, sizeof(double) * (2 * (ma->n - ma->n1) + 1));
 774                 mc_cal_y_core(ma, 0);
 775                 // rescale z
 776                 x = expl(ma->t - (ma->t1 + ma->t2));
 777                 for (k = 0; k <= ma->M; ++k) ma->z[k] *= x;
 778         } else mc_cal_y_core(ma, 0);
 779 }
 780
 781 #define CONTRAST_TINY 1e-30
 782
 783 extern double kf_gammaq(double s, double z); // incomplete gamma function for chi^2 test
 784
 785 static inline double chi2_test(int a, int b, int c, int d)
 786 {
 787         double x, z;
 788         x = (double)(a+b) * (c+d) * (b+d) * (a+c);
 789         if (x == 0.) return 1;
 790         z = a * d - b * c;
 791         return kf_gammaq(.5, .5 * z * z * (a+b+c+d) / x);
 792 }
 793
 794 // chi2=(a+b+c+d)(ad-bc)^2/[(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)]
 795 static inline double contrast2_aux(const bcf_p1aux_t *p1, double sum, int k1, int k2, double x[3])
 796 {
 797         double p = p1->phi[k1+k2] * p1->z1[k1] * p1->z2[k2] / sum * p1->hg[k1][k2];
 798         int n1 = p1->n1, n2 = p1->n - p1->n1;
 799         if (p < CONTRAST_TINY) return -1;
 800         if (.5*k1/n1 < .5*k2/n2) x[1] += p;
 801         else if (.5*k1/n1 > .5*k2/n2) x[2] += p;
 802         else x[0] += p;
 803         return p * chi2_test(k1, k2, (n1<<1) - k1, (n2<<1) - k2);
 804 }
 805
 806 static double contrast2(bcf_p1aux_t *p1, double ret[3])
 807 {
 808         int k, k1, k2, k10, k20, n1, n2;
 809         double sum;
 810         // get n1 and n2
 811         n1 = p1->n1; n2 = p1->n - p1->n1;
 812         if (n1 <= 0 || n2 <= 0) return 0.;
 813         if (p1->hg == 0) { // initialize the hypergeometric distribution
 814                 /* NB: the hg matrix may take a lot of memory when there are many samples. There is a way
 815                    to avoid precomputing this matrix, but it is slower and quite intricate. The following
 816                    computation in this block can be accelerated with a similar strategy, but perhaps this
 817                    is not a serious concern for now. */
 818                 double tmp = lgamma(2*(n1+n2)+1) - (lgamma(2*n1+1) + lgamma(2*n2+1));
 819                 p1->hg = calloc(2*n1+1, sizeof(void*));
 820                 for (k1 = 0; k1 <= 2*n1; ++k1) {
 821                         p1->hg[k1] = calloc(2*n2+1, sizeof(double));
 822                         for (k2 = 0; k2 <= 2*n2; ++k2)
 823                                 p1->hg[k1][k2] = exp(lgamma(k1+k2+1) + lgamma(p1->M-k1-k2+1) - (lgamma(k1+1) + lgamma(k2+1) + lgamma(2*n1-k1+1) + lgamma(2*n2-k2+1) + tmp));
 824                 }
 825         }
 826         { // compute
 827                 long double suml = 0;
 828                 for (k = 0; k <= p1->M; ++k) suml += p1->phi[k] * p1->z[k];
 829                 sum = suml;
 830         }
 831         { // get the max k1 and k2
 832                 double max;
 833                 int max_k;
 834                 for (k = 0, max = 0, max_k = -1; k <= 2*n1; ++k) {
 835                         double x = p1->phi1[k] * p1->z1[k];
 836                         if (x > max) max = x, max_k = k;
 837                 }
 838                 k10 = max_k;
 839                 for (k = 0, max = 0, max_k = -1; k <= 2*n2; ++k) {
 840                         double x = p1->phi2[k] * p1->z2[k];
 841                         if (x > max) max = x, max_k = k;
 842                 }
 843                 k20 = max_k;
 844         }
 845         { // We can do the following with one nested loop, but that is an O(N^2) thing. The following code block is much faster for large N.
 846                 double x[3], y;
 847                 long double z = 0., L[2];
 848                 x[0] = x[1] = x[2] = 0; L[0] = L[1] = 0;
 849                 for (k1 = k10; k1 >= 0; --k1) {
 850                         for (k2 = k20; k2 >= 0; --k2) {
 851                                 if ((y = contrast2_aux(p1, sum, k1, k2, x)) < 0) break;
 852                                 else z += y;
 853                         }
 854                         for (k2 = k20 + 1; k2 <= 2*n2; ++k2) {
 855                                 if ((y = contrast2_aux(p1, sum, k1, k2, x)) < 0) break;
 856                                 else z += y;
 857                         }
 858                 }
 859                 ret[0] = x[0]; ret[1] = x[1]; ret[2] = x[2];
 860                 x[0] = x[1] = x[2] = 0;
 861                 for (k1 = k10 + 1; k1 <= 2*n1; ++k1) {
 862                         for (k2 = k20; k2 >= 0; --k2) {
 863                                 if ((y = contrast2_aux(p1, sum, k1, k2, x)) < 0) break;
 864                                 else z += y;
 865                         }
 866                         for (k2 = k20 + 1; k2 <= 2*n2; ++k2) {
 867                                 if ((y = contrast2_aux(p1, sum, k1, k2, x)) < 0) break;
 868                                 else z += y;
 869                         }
 870                 }
 871                 ret[0] += x[0]; ret[1] += x[1]; ret[2] += x[2];
 872                 if (ret[0] + ret[1] + ret[2] < 0.95) { // in case of bad things happened
 873                         ret[0] = ret[1] = ret[2] = 0; L[0] = L[1] = 0;
 874                         for (k1 = 0, z = 0.; k1 <= 2*n1; ++k1)
 875                                 for (k2 = 0; k2 <= 2*n2; ++k2)
 876                                         if ((y = contrast2_aux(p1, sum, k1, k2, ret)) >= 0) z += y;
 877                         if (ret[0] + ret[1] + ret[2] < 0.95) // It seems that this may be caused by floating point errors. I do not really understand why...
 878                                 z = 1.0, ret[0] = ret[1] = ret[2] = 1./3;
 879                 }
 880                 return (double)z;
 881         }
 882 }
 883
 884 static double mc_cal_afs(bcf_p1aux_t *ma, double *p_ref_folded, double *p_var_folded)
 885 {
 886         int k;
 887         long double sum = 0., sum2;
 888         double *phi = ma->is_indel? ma->phi_indel : ma->phi;
 889         memset(ma->afs1, 0, sizeof(double) * (ma->M + 1));
 890         mc_cal_y(ma);
 891         // compute AFS
 892         for (k = 0, sum = 0.; k <= ma->M; ++k)
 893                 sum += (long double)phi[k] * ma->z[k];
 894         for (k = 0; k <= ma->M; ++k) {
 895                 ma->afs1[k] = phi[k] * ma->z[k] / sum;
 896                 if (isnan(ma->afs1[k]) || isinf(ma->afs1[k])) return -1.;
 897         }
 898         // compute folded variant probability
 899         for (k = 0, sum = 0.; k <= ma->M; ++k)
 900                 sum += (long double)(phi[k] + phi[ma->M - k]) / 2. * ma->z[k];
 901         for (k = 1, sum2 = 0.; k < ma->M; ++k)
 902                 sum2 += (long double)(phi[k] + phi[ma->M - k]) / 2. * ma->z[k];
 903         *p_var_folded = sum2 / sum;
 904         *p_ref_folded = (phi[k] + phi[ma->M - k]) / 2. * (ma->z[ma->M] + ma->z[0]) / sum;
 905         // the expected frequency
 906         for (k = 0, sum = 0.; k <= ma->M; ++k) {
 907                 ma->afs[k] += ma->afs1[k];
 908                 sum += k * ma->afs1[k];
 909         }
 910         return sum / ma->M;
 911 }
 912
 913 int bcf_p1_cal(const bcf1_t *b, int do_contrast, bcf_p1aux_t *ma, bcf_p1rst_t *rst)
 914 {
 915         int i, k;
 916         long double sum = 0.;
 917         ma->is_indel = bcf_is_indel(b);
 918         rst->perm_rank = -1;
 919         // set PL and PL_len
 920         for (i = 0; i < b->n_gi; ++i) {
 921                 if (b->gi[i].fmt == bcf_str2int("PL", 2)) {
 922                         ma->PL = (uint8_t*)b->gi[i].data;
 923                         ma->PL_len = b->gi[i].len;
 924                         break;
 925                 }
 926         }
 927         if (i == b->n_gi) return -1; // no PL
 928         if (b->n_alleles < 2) return -1; // FIXME: find a better solution
 929         //
 930         rst->rank0 = cal_pdg(b, ma);
 931         rst->f_exp = mc_cal_afs(ma, &rst->p_ref_folded, &rst->p_var_folded);
 932         rst->p_ref = ma->afs1[ma->M];
 933         for (k = 0, sum = 0.; k < ma->M; ++k)
 934                 sum += ma->afs1[k];
 935         rst->p_var = (double)sum;
 936         { // compute the allele count
 937                 double max = -1;
 938                 rst->ac = -1;
 939                 for (k = 0; k <= ma->M; ++k)
 940                         if (max < ma->z[k]) max = ma->z[k], rst->ac = k;
 941                 rst->ac = ma->M - rst->ac;
 942         }
 943         // calculate f_flat and f_em
 944         for (k = 0, sum = 0.; k <= ma->M; ++k)
 945                 sum += (long double)ma->z[k];
 946         rst->f_flat = 0.;
 947         for (k = 0; k <= ma->M; ++k) {
 948                 double p = ma->z[k] / sum;
 949                 rst->f_flat += k * p;
 950         }
 951         rst->f_flat /= ma->M;
 952         { // estimate equal-tail credible interval (95% level)
 953                 int l, h;
 954                 double p;
 955                 for (i = 0, p = 0.; i <= ma->M; ++i)
 956                         if (p + ma->afs1[i] > 0.025) break;
 957                         else p += ma->afs1[i];
 958                 l = i;
 959                 for (i = ma->M, p = 0.; i >= 0; --i)
 960                         if (p + ma->afs1[i] > 0.025) break;
 961                         else p += ma->afs1[i];
 962                 h = i;
 963                 rst->cil = (double)(ma->M - h) / ma->M; rst->cih = (double)(ma->M - l) / ma->M;
 964         }
 965         if (ma->n1 > 0) { // compute LRT
 966                 double max0, max1, max2;
 967                 for (k = 0, max0 = -1; k <= ma->M; ++k)
 968                         if (max0 < ma->z[k]) max0 = ma->z[k];
 969                 for (k = 0, max1 = -1; k <= ma->n1 * 2; ++k)
 970                         if (max1 < ma->z1[k]) max1 = ma->z1[k];
 971                 for (k = 0, max2 = -1; k <= ma->M - ma->n1 * 2; ++k)
 972                         if (max2 < ma->z2[k]) max2 = ma->z2[k];
 973                 rst->lrt = log(max1 * max2 / max0);
 974                 rst->lrt = rst->lrt < 0? 1 : kf_gammaq(.5, rst->lrt);
 975         } else rst->lrt = -1.0;
 976         rst->cmp[0] = rst->cmp[1] = rst->cmp[2] = rst->p_chi2 = -1.0;
 977         if (do_contrast && rst->p_var > 0.5) // skip contrast2() if the locus is a strong non-variant
 978                 rst->p_chi2 = contrast2(ma, rst->cmp);
 979         return 0;
 980 }
 981
 982 void bcf_p1_dump_afs(bcf_p1aux_t *ma)
 983 {
 984         int k;
 985         fprintf(stderr, "[afs]");
 986         for (k = 0; k <= ma->M; ++k)
 987                 fprintf(stderr, " %d:%.3lf", k, ma->afs[ma->M - k]);
 988         fprintf(stderr, "\n");
 989         memset(ma->afs, 0, sizeof(double) * (ma->M + 1));
 990 }