]> git.donarmstrong.com Git - samtools.git/commitdiff
Separate kaln and kprobaln as I am preparing further changes. At
authorHeng Li <lh3@live.co.uk>
Tue, 2 Nov 2010 19:41:27 +0000 (19:41 +0000)
committerHeng Li <lh3@live.co.uk>
Tue, 2 Nov 2010 19:41:27 +0000 (19:41 +0000)
present, the results should be identical to the previous.

Makefile
bam_md.c
kaln.c
kaln.h
kprobaln.c [new file with mode: 0644]
kprobaln.h [new file with mode: 0644]

index 77cda865c4b38df76fdafe338feae873dabde0e6..7ab972e21982a37b132edd1114805fc2ecd898f3 100644 (file)
--- a/Makefile
+++ b/Makefile
@@ -7,7 +7,7 @@ LOBJS=          bgzf.o kstring.o bam_aux.o bam.o bam_import.o sam.o bam_index.o \
                        $(KNETFILE_O) bam_sort.o sam_header.o bam_reheader.o
 AOBJS=         bam_tview.o bam_maqcns.o bam_plcmd.o sam_view.o \
                        bam_rmdup.o bam_rmdupse.o bam_mate.o bam_stat.o bam_color.o     \
-                       bamtk.o kaln.o bam2bcf.o errmod.o sample.o
+                       bamtk.o kaln.o kprobaln.o bam2bcf.o errmod.o sample.o
 PROG=          samtools
 INCLUDES=      -I.
 SUBDIRS=       . bcftools misc
index f65b845b5d594980d4b4dba36122672c71b19cc9..0377226773262dadca7185a12fa9aec755810e4f 100644 (file)
--- a/bam_md.c
+++ b/bam_md.c
@@ -7,6 +7,7 @@
 #include "sam.h"
 #include "kstring.h"
 #include "kaln.h"
+#include "kprobaln.h"
 
 void bam_fillmd1_core(bam1_t *b, char *ref, int is_equal, int max_nm)
 {
@@ -166,7 +167,7 @@ int bam_prob_realn(bam1_t *b, const char *ref)
        int k, i, bw, x, y, yb, ye, xb, xe;
        uint32_t *cigar = bam1_cigar(b);
        bam1_core_t *c = &b->core;
-       ka_probpar_t conf = ka_probpar_def;
+       kpa_par_t conf = kpa_par_def;
        // find the start and end of the alignment
        if (c->flag & BAM_FUNMAP) return -1;
        x = c->pos, y = 0, yb = ye = xb = xe = -1;
@@ -201,7 +202,7 @@ int bam_prob_realn(bam1_t *b, const char *ref)
                        r[i-xb] = bam_nt16_nt4_table[bam_nt16_table[(int)ref[i]]];
                state = calloc(c->l_qseq, sizeof(int));
                q = calloc(c->l_qseq, 1);
-               ka_prob_glocal(r, xe-xb, s, c->l_qseq, qual, &conf, state, q);
+               kpa_glocal(r, xe-xb, s, c->l_qseq, qual, &conf, state, q);
                for (k = 0, x = c->pos, y = 0; k < c->n_cigar; ++k) {
                        int op = cigar[k]&0xf, l = cigar[k]>>4;
                        if (op == BAM_CMATCH) {
@@ -275,7 +276,6 @@ int bam_fillmd(int argc, char *argv[])
                                        fprintf(stderr, "[bam_fillmd] fail to find sequence '%s' in the reference.\n",
                                                        fp->header->target_name[tid]);
                        }
-//                     if (is_realn) bam_realn(b, ref);
                        if (is_realn) bam_prob_realn(b, ref);
                        if (capQ > 10) {
                                int q = bam_cap_mapQ(b, ref, capQ);
diff --git a/kaln.c b/kaln.c
index 680779113ce7c2220434727cf578845d1e840d40..4cba98d3ae4bcc9d9e3ab9a30d537412dbd0f2ed 100644 (file)
--- a/kaln.c
+++ b/kaln.c
@@ -370,212 +370,3 @@ uint32_t *ka_global_core(uint8_t *seq1, int len1, uint8_t *seq2, int len2, const
 
        return cigar;
 }
-
-/*****************************************
- * Probabilistic banded glocal alignment *
- *****************************************/
-
-static float g_qual2prob[256];
-
-#define EI .25
-#define EM .3333333333333
-#define set_u(u, b, i, k) { int x=(i)-(b); x=x>0?x:0; (u)=((k)-x+1)*3; }
-
-ka_probpar_t ka_probpar_def = { 0.001, 0.1, 10 };
-
-/*
-  The topology of the profile HMM:
-
-           /\             /\        /\             /\
-           I[1]           I[k-1]    I[k]           I[L]
-            ^   \      \    ^    \   ^   \      \   ^
-            |    \      \   |     \  |    \      \  |
-    M[0]   M[1] -> ... -> M[k-1] -> M[k] -> ... -> M[L]   M[L+1]
-                \      \/        \/      \/      /
-                 \     /\        /\      /\     /
-                       -> D[k-1] -> D[k] ->
-
-   M[0] points to every {M,I}[k] and every {M,I}[k] points M[L+1].
-
-   On input, _ref is the reference sequence and _query is the query
-   sequence. Both are sequences of 0/1/2/3/4 where 4 stands for an
-   ambiguous residue. iqual is the base quality. c sets the gap open
-   probability, gap extension probability and band width.
-
-   On output, state and q are arrays of length l_query. The higher 30
-   bits give the reference position the query base is matched to and the
-   lower two bits can be 0 (an alignment match) or 1 (an
-   insertion). q[i] gives the phred scaled posterior probability of
-   state[i] being wrong.
- */
-int ka_prob_glocal(const uint8_t *_ref, int l_ref, const uint8_t *_query, int l_query, const uint8_t *iqual,
-                                  const ka_probpar_t *c, int *state, uint8_t *q)
-{
-       double **f, **b, *s, m[9], sI, sM, bI, bM, pb;
-       float *qual, *_qual;
-       const uint8_t *ref, *query;
-       int bw, bw2, i, k, is_diff = 0;
-
-       /*** initialization ***/
-       ref = _ref - 1; query = _query - 1; // change to 1-based coordinate
-       bw = l_ref > l_query? l_ref : l_query;
-       if (bw > c->bw) bw = c->bw;
-       if (bw < abs(l_ref - l_query)) bw = abs(l_ref - l_query);
-       bw2 = bw * 2 + 1;
-       // allocate the forward and backward matrices f[][] and b[][] and the scaling array s[]
-       f = calloc(l_query+1, sizeof(void*));
-       b = calloc(l_query+1, sizeof(void*));
-       for (i = 0; i <= l_query; ++i) {
-               f[i] = calloc(bw2 * 3 + 6, sizeof(double)); // FIXME: this is over-allocated for very short seqs
-               b[i] = calloc(bw2 * 3 + 6, sizeof(double));
-       }
-       s = calloc(l_query+2, sizeof(double)); // s[] is the scaling factor to avoid underflow
-       // initialize qual
-       _qual = calloc(l_query, sizeof(float));
-       if (g_qual2prob[0] == 0)
-               for (i = 0; i < 256; ++i)
-                       g_qual2prob[i] = pow(10, -i/10.);
-       for (i = 0; i < l_query; ++i) _qual[i] = g_qual2prob[iqual? iqual[i] : 30];
-       qual = _qual - 1;
-       // initialize transition probability
-       sM = sI = 1. / (2 * l_query + 2); // the value here seems not to affect results; FIXME: need proof
-       m[0*3+0] = (1 - c->d - c->d) * (1 - sM); m[0*3+1] = m[0*3+2] = c->d * (1 - sM);
-       m[1*3+0] = (1 - c->e) * (1 - sI); m[1*3+1] = c->e * (1 - sI); m[1*3+2] = 0.;
-       m[2*3+0] = 1 - c->e; m[2*3+1] = 0.; m[2*3+2] = c->e;
-       bM = (1 - c->d) / l_query; bI = c->d / l_query; // (bM+bI)*l_query==1
-       /*** forward ***/
-       // f[0]
-       set_u(k, bw, 0, 0);
-       f[0][k] = s[0] = 1.;
-       { // f[1]
-               double *fi = f[1], sum;
-               int beg = 1, end = l_ref < bw + 1? l_ref : bw + 1, _beg, _end;
-               for (k = beg, sum = 0.; k <= end; ++k) {
-                       int u;
-                       double e = (ref[k] > 3 || query[1] > 3)? 1. : ref[k] == query[1]? 1. - qual[1] : qual[1] * EM;
-                       set_u(u, bw, 1, k);
-                       fi[u+0] = e * bM; fi[u+1] = EI * bI;
-                       sum += fi[u] + fi[u+1];
-               }
-               // rescale
-               s[1] = sum;
-               set_u(_beg, bw, 1, beg); set_u(_end, bw, 1, end); _end += 2;
-               for (k = _beg; k <= _end; ++k) fi[k] /= sum;
-       }
-       // f[2..l_query]
-       for (i = 2; i <= l_query; ++i) {
-               double *fi = f[i], *fi1 = f[i-1], sum, qli = qual[i];
-               int beg = 1, end = l_ref, x, _beg, _end;
-               uint8_t qyi = query[i];
-               x = i - bw; beg = beg > x? beg : x; // band start
-               x = i + bw; end = end < x? end : x; // band end
-               for (k = beg, sum = 0.; k <= end; ++k) {
-                       int u, v11, v01, v10;
-                       double e;
-                       e = (ref[k] > 3 || qyi > 3)? 1. : ref[k] == qyi? 1. - qli : qli * EM;
-                       set_u(u, bw, i, k); set_u(v11, bw, i-1, k-1); set_u(v10, bw, i-1, k); set_u(v01, bw, i, k-1);
-                       fi[u+0] = e * (m[0] * fi1[v11+0] + m[3] * fi1[v11+1] + m[6] * fi1[v11+2]);
-                       fi[u+1] = EI * (m[1] * fi1[v10+0] + m[4] * fi1[v10+1]);
-                       fi[u+2] = m[2] * fi[v01+0] + m[8] * fi[v01+2];
-                       sum += fi[u] + fi[u+1] + fi[u+2];
-//                     fprintf(stderr, "F (%d,%d;%d): %lg,%lg,%lg\n", i, k, u, fi[u], fi[u+1], fi[u+2]); // DEBUG
-               }
-               // rescale
-               s[i] = sum;
-               set_u(_beg, bw, i, beg); set_u(_end, bw, i, end); _end += 2;
-               for (k = _beg, sum = 1./sum; k <= _end; ++k) fi[k] *= sum;
-       }
-       { // f[l_query+1]
-               double sum;
-               for (k = 1, sum = 0.; k <= l_ref; ++k) {
-                       int u;
-                       set_u(u, bw, l_query, k);
-                       if (u < 3 || u >= bw2*3+3) continue;
-                   sum += f[l_query][u+0] * sM + f[l_query][u+1] * sI;
-               }
-               s[l_query+1] = sum; // the last scaling factor
-       }
-       /*** backward ***/
-       // b[l_query] (b[l_query+1][0]=1 and thus \tilde{b}[][]=1/s[l_query+1]; this is where s[l_query+1] comes from)
-       for (k = 1; k <= l_ref; ++k) {
-               int u;
-               double *bi = b[l_query];
-               set_u(u, bw, l_query, k);
-               if (u < 3 || u >= bw2*3+3) continue;
-               bi[u+0] = sM / s[l_query] / s[l_query+1]; bi[u+1] = sI / s[l_query] / s[l_query+1];
-       }
-       // b[l_query-1..1]
-       for (i = l_query - 1; i >= 1; --i) {
-               int beg = 1, end = l_ref, x, _beg, _end;
-               double *bi = b[i], *bi1 = b[i+1], y = (i > 1), qli1 = qual[i+1];
-               uint8_t qyi1 = query[i+1];
-               x = i - bw; beg = beg > x? beg : x;
-               x = i + bw; end = end < x? end : x;
-               for (k = end; k >= beg; --k) {
-                       int u, v11, v01, v10;
-                       double e;
-                       set_u(u, bw, i, k); set_u(v11, bw, i+1, k+1); set_u(v10, bw, i+1, k); set_u(v01, bw, i, k+1);
-                       e = (k >= l_ref? 0 : (ref[k+1] > 3 || qyi1 > 3)? 1. : ref[k+1] == qyi1? 1. - qli1 : qli1 * EM) * bi1[v11];
-                       bi[u+0] = e * m[0] + EI * m[1] * bi1[v10+1] + m[2] * bi[v01+2]; // bi1[v11] has been foled into e.
-                       bi[u+1] = e * m[3] + EI * m[4] * bi1[v10+1];
-                       bi[u+2] = (e * m[6] + m[8] * bi[v01+2]) * y;
-//                     fprintf(stderr, "B (%d,%d;%d): %lg,%lg,%lg\n", i, k, u, bi[u], bi[u+1], bi[u+2]); // DEBUG
-               }
-               // rescale
-               set_u(_beg, bw, i, beg); set_u(_end, bw, i, end); _end += 2;
-               for (k = _beg, y = 1./s[i]; k <= _end; ++k) bi[k] *= y;
-       }
-       { // b[0]
-               int beg = 1, end = l_ref < bw + 1? l_ref : bw + 1;
-               double sum = 0.;
-               for (k = end; k >= beg; --k) {
-                       int u;
-                       double e = (ref[k] > 3 || query[1] > 3)? 1. : ref[k] == query[1]? 1. - qual[1] : qual[1] * EM;
-                       set_u(u, bw, 1, k);
-                       if (u < 3 || u >= bw2*3+3) continue;
-                   sum += e * b[1][u+0] * bM + EI * b[1][u+1] * bI;
-               }
-               set_u(k, bw, 0, 0);
-               pb = b[0][k] = sum / s[0]; // if everything works as is expected, pb == 1.0
-       }
-       is_diff = fabs(pb - 1.) > 1e-7? 1 : 0;
-       /*** MAP ***/
-       for (i = 1; i <= l_query; ++i) {
-               double sum = 0., *fi = f[i], *bi = b[i], max = 0.;
-               int beg = 1, end = l_ref, x, max_k = -1;
-               x = i - bw; beg = beg > x? beg : x;
-               x = i + bw; end = end < x? end : x;
-               for (k = beg; k <= end; ++k) {
-                       int u;
-                       double z;
-                       set_u(u, bw, i, k);
-                       z = fi[u+0] * bi[u+0]; if (z > max) max = z, max_k = (k-1)<<2 | 0; sum += z;
-                       z = fi[u+1] * bi[u+1]; if (z > max) max = z, max_k = (k-1)<<2 | 1; sum += z;
-               }
-               max /= sum; sum *= s[i]; // if everything works as is expected, sum == 1.0
-               if (state) state[i-1] = max_k;
-               if (q) k = (int)(-4.343 * log(1. - max) + .499), q[i-1] = k > 100? 99 : k;
-#ifdef _MAIN
-               fprintf(stderr, "(%.10lg,%.10lg) (%d,%d:%d)~%lg\n", pb, sum, i-1, max_k>>2, max_k&3, max); // DEBUG
-#endif
-       }
-       /*** free ***/
-       for (i = 0; i <= l_query; ++i) {
-               free(f[i]); free(b[i]);
-       }
-       free(f); free(b); free(s); free(_qual);
-       return 0;
-}
-
-#ifdef _MAIN
-int main()
-{
-       int l_ref = 5, l_query = 4;
-       uint8_t *ref = (uint8_t*)"\0\1\3\3\1";
-       uint8_t *query = (uint8_t*)"\0\3\3\1";
-//     uint8_t *query = (uint8_t*)"\1\3\3\1";
-       static uint8_t qual[4] = {20, 20, 20, 20};
-       ka_prob_glocal(ref, l_ref, query, l_query, qual, &ka_probpar_def, 0, 0);
-       return 0;
-}
-#endif
diff --git a/kaln.h b/kaln.h
index b24597cfc2ee159529c5746916597591ecababe2..b25dccb32a978ff50659685e84b62f1ed442dffb 100644 (file)
--- a/kaln.h
+++ b/kaln.h
@@ -41,25 +41,16 @@ typedef struct {
        int band_width;
 } ka_param_t;
 
-typedef struct {
-       float d, e;
-       int bw;
-} ka_probpar_t;
-
 #ifdef __cplusplus
 extern "C" {
 #endif
 
        uint32_t *ka_global_core(uint8_t *seq1, int len1, uint8_t *seq2, int len2, const ka_param_t *ap,
                                                         int *_score, int *n_cigar);
-       int ka_prob_glocal(const uint8_t *_ref, int l_ref, const uint8_t *_query, int l_query, const uint8_t *iqual,
-                                          const ka_probpar_t *c, int *state, uint8_t *q);
-
 #ifdef __cplusplus
 }
 #endif
 
 extern ka_param_t ka_param_blast; /* = { 5, 2, 5, 2, aln_sm_blast, 5, 50 }; */
-extern ka_probpar_t ka_probpar_def; /* { 0.0001, 0.1, 10 } */
 
 #endif
diff --git a/kprobaln.c b/kprobaln.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..1a3d7b6
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,292 @@
+/* The MIT License
+
+   Copyright (c) 2003-2006, 2008-2010, by Heng Li <lh3lh3@live.co.uk>
+
+   Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining
+   a copy of this software and associated documentation files (the
+   "Software"), to deal in the Software without restriction, including
+   without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
+   distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to
+   permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
+   the following conditions:
+
+   The above copyright notice and this permission notice shall be
+   included in all copies or substantial portions of the Software.
+
+   THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
+   EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
+   MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
+   NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
+   BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
+   ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
+   CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
+   SOFTWARE.
+*/
+
+#include <stdlib.h>
+#include <stdio.h>
+#include <string.h>
+#include <stdint.h>
+#include <math.h>
+#include "kprobaln.h"
+
+/*****************************************
+ * Probabilistic banded glocal alignment *
+ *****************************************/
+
+#define EI .25
+#define EM .33333333333
+
+static float g_qual2prob[256];
+
+#define set_u(u, b, i, k) { int x=(i)-(b); x=x>0?x:0; (u)=((k)-x+1)*3; }
+
+kpa_par_t kpa_par_def = { 0.001, 0.1, 10 };
+
+/*
+  The topology of the profile HMM:
+
+           /\             /\        /\             /\
+           I[1]           I[k-1]    I[k]           I[L]
+            ^   \      \    ^    \   ^   \      \   ^
+            |    \      \   |     \  |    \      \  |
+    M[0]   M[1] -> ... -> M[k-1] -> M[k] -> ... -> M[L]   M[L+1]
+                \      \/        \/      \/      /
+                 \     /\        /\      /\     /
+                       -> D[k-1] -> D[k] ->
+
+   M[0] points to every {M,I}[k] and every {M,I}[k] points M[L+1].
+
+   On input, _ref is the reference sequence and _query is the query
+   sequence. Both are sequences of 0/1/2/3/4 where 4 stands for an
+   ambiguous residue. iqual is the base quality. c sets the gap open
+   probability, gap extension probability and band width.
+
+   On output, state and q are arrays of length l_query. The higher 30
+   bits give the reference position the query base is matched to and the
+   lower two bits can be 0 (an alignment match) or 1 (an
+   insertion). q[i] gives the phred scaled posterior probability of
+   state[i] being wrong.
+ */
+int kpa_glocal(const uint8_t *_ref, int l_ref, const uint8_t *_query, int l_query, const uint8_t *iqual,
+                          const kpa_par_t *c, int *state, uint8_t *q)
+{
+       double **f, **b, *s, m[9], sI, sM, bI, bM, pb;
+       float *qual, *_qual;
+       const uint8_t *ref, *query;
+       int bw, bw2, i, k, is_diff = 0;
+
+       /*** initialization ***/
+       ref = _ref - 1; query = _query - 1; // change to 1-based coordinate
+       bw = l_ref > l_query? l_ref : l_query;
+       if (bw > c->bw) bw = c->bw;
+       if (bw < abs(l_ref - l_query)) bw = abs(l_ref - l_query);
+       bw2 = bw * 2 + 1;
+       // allocate the forward and backward matrices f[][] and b[][] and the scaling array s[]
+       f = calloc(l_query+1, sizeof(void*));
+       b = calloc(l_query+1, sizeof(void*));
+       for (i = 0; i <= l_query; ++i) {
+               f[i] = calloc(bw2 * 3 + 6, sizeof(double)); // FIXME: this is over-allocated for very short seqs
+               b[i] = calloc(bw2 * 3 + 6, sizeof(double));
+       }
+       s = calloc(l_query+2, sizeof(double)); // s[] is the scaling factor to avoid underflow
+       // initialize qual
+       _qual = calloc(l_query, sizeof(float));
+       if (g_qual2prob[0] == 0)
+               for (i = 0; i < 256; ++i)
+                       g_qual2prob[i] = pow(10, -i/10.);
+       for (i = 0; i < l_query; ++i) _qual[i] = g_qual2prob[iqual? iqual[i] : 30];
+       qual = _qual - 1;
+       // initialize transition probability
+       sM = sI = 1. / (2 * l_query + 2); // the value here seems not to affect results; FIXME: need proof
+       m[0*3+0] = (1 - c->d - c->d) * (1 - sM); m[0*3+1] = m[0*3+2] = c->d * (1 - sM);
+       m[1*3+0] = (1 - c->e) * (1 - sI); m[1*3+1] = c->e * (1 - sI); m[1*3+2] = 0.;
+       m[2*3+0] = 1 - c->e; m[2*3+1] = 0.; m[2*3+2] = c->e;
+       bM = (1 - c->d) / l_query; bI = c->d / l_query; // (bM+bI)*l_query==1
+       /*** forward ***/
+       // f[0]
+       set_u(k, bw, 0, 0);
+       f[0][k] = s[0] = 1.;
+       { // f[1]
+               double *fi = f[1], sum;
+               int beg = 1, end = l_ref < bw + 1? l_ref : bw + 1, _beg, _end;
+               for (k = beg, sum = 0.; k <= end; ++k) {
+                       int u;
+                       double e = (ref[k] > 3 || query[1] > 3)? 1. : ref[k] == query[1]? 1. - qual[1] : qual[1] * EM;
+                       set_u(u, bw, 1, k);
+                       fi[u+0] = e * bM; fi[u+1] = EI * bI;
+                       sum += fi[u] + fi[u+1];
+               }
+               // rescale
+               s[1] = sum;
+               set_u(_beg, bw, 1, beg); set_u(_end, bw, 1, end); _end += 2;
+               for (k = _beg; k <= _end; ++k) fi[k] /= sum;
+       }
+       // f[2..l_query]
+       for (i = 2; i <= l_query; ++i) {
+               double *fi = f[i], *fi1 = f[i-1], sum, qli = qual[i];
+               int beg = 1, end = l_ref, x, _beg, _end;
+               uint8_t qyi = query[i];
+               x = i - bw; beg = beg > x? beg : x; // band start
+               x = i + bw; end = end < x? end : x; // band end
+               for (k = beg, sum = 0.; k <= end; ++k) {
+                       int u, v11, v01, v10;
+                       double e;
+                       e = (ref[k] > 3 || qyi > 3)? 1. : ref[k] == qyi? 1. - qli : qli * EM;
+                       set_u(u, bw, i, k); set_u(v11, bw, i-1, k-1); set_u(v10, bw, i-1, k); set_u(v01, bw, i, k-1);
+                       fi[u+0] = e * (m[0] * fi1[v11+0] + m[3] * fi1[v11+1] + m[6] * fi1[v11+2]);
+                       fi[u+1] = EI * (m[1] * fi1[v10+0] + m[4] * fi1[v10+1]);
+                       fi[u+2] = m[2] * fi[v01+0] + m[8] * fi[v01+2];
+                       sum += fi[u] + fi[u+1] + fi[u+2];
+//                     fprintf(stderr, "F (%d,%d;%d): %lg,%lg,%lg\n", i, k, u, fi[u], fi[u+1], fi[u+2]); // DEBUG
+               }
+               // rescale
+               s[i] = sum;
+               set_u(_beg, bw, i, beg); set_u(_end, bw, i, end); _end += 2;
+               for (k = _beg, sum = 1./sum; k <= _end; ++k) fi[k] *= sum;
+       }
+       { // f[l_query+1]
+               double sum;
+               for (k = 1, sum = 0.; k <= l_ref; ++k) {
+                       int u;
+                       set_u(u, bw, l_query, k);
+                       if (u < 3 || u >= bw2*3+3) continue;
+                   sum += f[l_query][u+0] * sM + f[l_query][u+1] * sI;
+               }
+               s[l_query+1] = sum; // the last scaling factor
+       }
+       /*** backward ***/
+       // b[l_query] (b[l_query+1][0]=1 and thus \tilde{b}[][]=1/s[l_query+1]; this is where s[l_query+1] comes from)
+       for (k = 1; k <= l_ref; ++k) {
+               int u;
+               double *bi = b[l_query];
+               set_u(u, bw, l_query, k);
+               if (u < 3 || u >= bw2*3+3) continue;
+               bi[u+0] = sM / s[l_query] / s[l_query+1]; bi[u+1] = sI / s[l_query] / s[l_query+1];
+       }
+       // b[l_query-1..1]
+       for (i = l_query - 1; i >= 1; --i) {
+               int beg = 1, end = l_ref, x, _beg, _end;
+               double *bi = b[i], *bi1 = b[i+1], y = (i > 1), qli1 = qual[i+1];
+               uint8_t qyi1 = query[i+1];
+               x = i - bw; beg = beg > x? beg : x;
+               x = i + bw; end = end < x? end : x;
+               for (k = end; k >= beg; --k) {
+                       int u, v11, v01, v10;
+                       double e;
+                       set_u(u, bw, i, k); set_u(v11, bw, i+1, k+1); set_u(v10, bw, i+1, k); set_u(v01, bw, i, k+1);
+                       e = (k >= l_ref? 0 : (ref[k+1] > 3 || qyi1 > 3)? 1. : ref[k+1] == qyi1? 1. - qli1 : qli1 * EM) * bi1[v11];
+                       bi[u+0] = e * m[0] + EI * m[1] * bi1[v10+1] + m[2] * bi[v01+2]; // bi1[v11] has been foled into e.
+                       bi[u+1] = e * m[3] + EI * m[4] * bi1[v10+1];
+                       bi[u+2] = (e * m[6] + m[8] * bi[v01+2]) * y;
+//                     fprintf(stderr, "B (%d,%d;%d): %lg,%lg,%lg\n", i, k, u, bi[u], bi[u+1], bi[u+2]); // DEBUG
+               }
+               // rescale
+               set_u(_beg, bw, i, beg); set_u(_end, bw, i, end); _end += 2;
+               for (k = _beg, y = 1./s[i]; k <= _end; ++k) bi[k] *= y;
+       }
+       { // b[0]
+               int beg = 1, end = l_ref < bw + 1? l_ref : bw + 1;
+               double sum = 0.;
+               for (k = end; k >= beg; --k) {
+                       int u;
+                       double e = (ref[k] > 3 || query[1] > 3)? 1. : ref[k] == query[1]? 1. - qual[1] : qual[1] * EM;
+                       set_u(u, bw, 1, k);
+                       if (u < 3 || u >= bw2*3+3) continue;
+                   sum += e * b[1][u+0] * bM + EI * b[1][u+1] * bI;
+               }
+               set_u(k, bw, 0, 0);
+               pb = b[0][k] = sum / s[0]; // if everything works as is expected, pb == 1.0
+       }
+       is_diff = fabs(pb - 1.) > 1e-7? 1 : 0;
+       /*** MAP ***/
+       for (i = 1; i <= l_query; ++i) {
+               double sum = 0., *fi = f[i], *bi = b[i], max = 0.;
+               int beg = 1, end = l_ref, x, max_k = -1;
+               x = i - bw; beg = beg > x? beg : x;
+               x = i + bw; end = end < x? end : x;
+               for (k = beg; k <= end; ++k) {
+                       int u;
+                       double z;
+                       set_u(u, bw, i, k);
+                       z = fi[u+0] * bi[u+0]; if (z > max) max = z, max_k = (k-1)<<2 | 0; sum += z;
+                       z = fi[u+1] * bi[u+1]; if (z > max) max = z, max_k = (k-1)<<2 | 1; sum += z;
+               }
+               max /= sum; sum *= s[i]; // if everything works as is expected, sum == 1.0
+               if (state) state[i-1] = max_k;
+               if (q) k = (int)(-4.343 * log(1. - max) + .499), q[i-1] = k > 100? 99 : k;
+#ifdef _MAIN
+               fprintf(stderr, "(%.10lg,%.10lg) (%d,%d:%c,%c:%d) %lg\n", pb, sum, i-1, max_k>>2,
+                               "ACGT"[query[i]], "ACGT"[ref[(max_k>>2)+1]], max_k&3, max); // DEBUG
+#endif
+       }
+       /*** Compute A ***/
+       /* // compute the posterior of a gap, but I do not know how to use it...
+       if (1) {
+               double *a;
+               a = calloc(3 * (l_ref + 2), sizeof(double));
+               for (i = 1; i < l_query; ++i) {
+                       double sum = 0., *fi = f[i], *bi1 = b[i+1], qli1 = qual[i+1];
+                       int beg = 1, end = l_ref, x;
+                       uint8_t qyi1 = query[i+1];
+                       x = i - bw; beg = beg > x? beg : x;
+                       x = i + bw; end = end < x? end : x;
+                       for (k = beg; k <= end; ++k) {
+                               double *ak = a + 3 * k;
+                               int u, v11, v01, v10;
+                               double e;
+                               set_u(u, bw, i, k); set_u(v11, bw, i+1, k+1); set_u(v10, bw, i+1, k); set_u(v01, bw, i, k+1);
+                               e = k >= l_ref? 0 : (ref[k+1] > 3 || qyi1 > 3)? 1. : ref[k+1] == qyi1? 1. - qli1 : qli1 * EM;
+                               ak[0] += fi[u] * bi1[v11] * m[0] * e;
+                               ak[1] += fi[u] * bi1[v10+1] * m[1] * EI;
+                               ak[2] += fi[u] * bi1[v01+2] * m[2];
+                       }
+               }
+               for (k = 1; k < l_ref; ++k) {
+                       double sum = 0., *ak = a + 3 * k;
+                       sum += 1. / (ak[0] + ak[1] + ak[2]);
+                       ak[0] *= sum; ak[1] *= sum; ak[2] *= sum;
+                       fprintf(stderr, "%d: %lf, %lf, %lf\n", k, ak[0], ak[1], ak[2]);
+               }
+               free(a);
+       }
+       */
+       /*** free ***/
+       for (i = 0; i <= l_query; ++i) {
+               free(f[i]); free(b[i]);
+       }
+       free(f); free(b); free(s); free(_qual);
+       return 0;
+}
+
+#ifdef _MAIN
+#include <unistd.h>
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+       uint8_t conv[256], *iqual, *ref, *query;
+       int c, l_ref, l_query, i, q = 30, b = 10;
+       while ((c = getopt(argc, argv, "b:q:")) >= 0) {
+               switch (c) {
+               case 'b': b = atoi(optarg); break;
+               case 'q': q = atoi(optarg); break;
+               }
+       }
+       if (optind + 2 > argc) {
+               fprintf(stderr, "Usage: %s [-q %d] [-b %d] <ref> <query>\n", argv[0], q, b); // example: acttc attc
+               return 1;
+       }
+       memset(conv, 4, 256);
+       conv['a'] = conv['A'] = 0; conv['c'] = conv['C'] = 1;
+       conv['g'] = conv['G'] = 2; conv['t'] = conv['T'] = 3;
+       ref = (uint8_t*)argv[optind]; query = (uint8_t*)argv[optind+1];
+       l_ref = strlen((char*)ref); l_query = strlen((char*)query);
+       for (i = 0; i < l_ref; ++i) ref[i] = conv[ref[i]];
+       for (i = 0; i < l_query; ++i) query[i] = conv[query[i]];
+       iqual = malloc(l_query);
+       memset(iqual, q, l_query);
+       kpa_par_def.bw = b;
+       kpa_glocal(ref, l_ref, query, l_query, iqual, &kpa_par_def, 0, 0, 0);
+       free(iqual);
+       return 0;
+}
+#endif
diff --git a/kprobaln.h b/kprobaln.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..00c7c8a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,49 @@
+/* The MIT License
+
+   Copyright (c) 2003-2006, 2008, 2009 by Heng Li <lh3@live.co.uk>
+
+   Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining
+   a copy of this software and associated documentation files (the
+   "Software"), to deal in the Software without restriction, including
+   without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
+   distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to
+   permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
+   the following conditions:
+
+   The above copyright notice and this permission notice shall be
+   included in all copies or substantial portions of the Software.
+
+   THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
+   EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
+   MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
+   NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
+   BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
+   ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
+   CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
+   SOFTWARE.
+*/
+
+#ifndef LH3_KPROBALN_H_
+#define LH3_KPROBALN_H_
+
+#include <stdint.h>
+
+typedef struct {
+       float d, e;
+       int bw;
+} kpa_par_t;
+
+#ifdef __cplusplus
+extern "C" {
+#endif
+
+       int kpa_glocal(const uint8_t *_ref, int l_ref, const uint8_t *_query, int l_query, const uint8_t *iqual,
+                                  const kpa_par_t *c, int *state, uint8_t *q);
+
+#ifdef __cplusplus
+}
+#endif
+
+extern kpa_par_t kpa_par_def; /* { 0.001, 0.1, 10 } */
+
+#endif