alg/mussa.hpp

   1 #ifndef _MUSSA_CLASS_H_
   2 #define _MUSSA_CLASS_H_
   3 //  This file is part of the Mussa source distribution.
   4 //  http://mussa.caltech.edu/
   5 //  Contact author: Tristan  De Buysscher, tristan@caltech.edu
   6
   7 // This program and all associated source code files are Copyright (C) 2005
   8 // the California Institute of Technology, Pasadena, CA, 91125 USA.  It is
   9 // under the GNU Public License; please see the included LICENSE.txt
  10 // file for more information, or contact Tristan directly.
  11
  12
  13 //                        ----------------------------------------
  14 //                          ---------- mussa_class.hh -----------
  15 //                        ----------------------------------------
  16 #include <QObject>
  17 #include <QString>
  18
  19 #include <boost/filesystem/path.hpp>
  20 #include <boost/shared_ptr.hpp>
  21
  22 #include <list>
  23 #include <string>
  24 #include <vector>
  25 #include <set>
  26 #include <istream>
  27
  28 #include "alg/annotation_colors.hpp"
  29 #include "alg/mussa_callback.hpp"
  30 #include "alg/nway_paths.hpp"
  31 #include "alg/sequence.hpp"
  32
  33 std::string int_to_str(int an_int);
  34
  35 class Mussa;
  36 //! provide a simple name to point to our Mussa shared_ptr
  37 typedef boost::shared_ptr<Mussa> MussaRef;
  38
  39 class Mussa : public QObject
  40 {
  41     Q_OBJECT
  42
  43 signals:
  44     //! call whatever signaling system we want
  45     void progress(const QString& description, int cur, int max);
  46     //! triggered when our state changes between unsaved(true) and saved(false)
  47     void isModified(bool);
  48
  49 public:
  50     typedef std::set<Sequence> motif_set;
  51     enum analysis_modes { TransitiveNway, RadialNway, EntropyNway,
  52                           RecursiveNway };
  53
  54     Mussa();
  55     Mussa(const Mussa &);
  56
  57     //! dynamically construct a new Mussa object and return a reference to it
  58     static MussaRef init();
  59
  60     //! save all of mussa
  61     void save(boost::filesystem::path save_path="");
  62     //! save the nway comparison
  63     void save_muway(boost::filesystem::path save_path);
  64     //! load a saved analysis directory
  65     void load(boost::filesystem::path ana_path);
  66     // ! return path to the where the analysis is stored
  67     boost::filesystem::path get_analysis_path() const;
  68     //! set analysis path
  69     void set_analysis_path(boost::filesystem::path);
  70
  71     //! clear parameters and initialize data lists
  72     void clear();
  73
  74     //! set parameters from a file - 'mupa' ~ mussa parameters
  75     void load_mupa_file(std::string para_file_path);
  76     void load_mupa_file(boost::filesystem::path para_file_path);
  77     //! load mussa parameters from a stream, specifing output location
  78     void load_mupa_stream(
  79            std::istream & para_file,
  80            boost::filesystem::path& file_path_base
  81          );
  82
  83
  84     // set parameters individually (eg from user input into gui classes)
  85     //! set analysis name
  86     void set_name(std::string a_name);
  87     //! return name for this analysis
  88     std::string get_name() const;
  89     //! return a reasonable window title for this analysis
  90     /*! this returns the "variable" portion for a title
  91      */
  92     std::string get_title() const;
  93
  94     //! return number of sequences in this analyzis
  95     /*! this returns either the_seqs.size() or seq_files.size()
  96      *  depending on which has data loaded in
  97      *  (silly delayed loading of sequence data)
  98      */
  99     int size() const;
 100
 101     //! set number of bases for this window size
 102     void set_window(int a_window);
 103     //! get number of bases for the sliding window
 104     int get_window() const;
 105     //! set number of bases that must match for a window to be saved
 106     //! if threshold > soft_threshold this also sets soft_threshold
 107     void set_threshold(int a_threshold);
 108     //! get number of bases that must match for a window to be saved
 109     int get_threshold() const;
 110     //! sets the threshold used for computing the nway paths
 111     //! must be in range [threshold..window size]
 112     void set_soft_threshold(int sft_thres);
 113     int get_soft_threshold() const;
 114
 115     //! should we append the window size to the analysis name
 116     void set_append_window(bool v);
 117     //! should we append the window size to the analysis name
 118     bool get_append_window();
 119
 120     //! should we append the threshold to the analysis name
 121     void set_append_threshold(bool v);
 122     //! should we append the threshold to the analysis name
 123     bool get_append_threshold();
 124
 125     void set_analysis_mode(enum analysis_modes new_ana_mode);
 126     enum analysis_modes get_analysis_mode() const;
 127     //! return a string name for an analysis mode
 128     std::string get_analysis_mode_name() const;
 129     //! set our current dirty state
 130     void set_dirty(bool);
 131     //! return if we have unsaved changes
 132     bool is_dirty() const;
 133     //! is there anything loaded into this analysis?
 134     bool empty() const;
 135
 136     //! return the refined paths found by the nway analysis.
 137     const NwayPaths& paths() const;
 138
 139     //! given selected_paths, and view_paths, compute per base pair matches
 140     //template <class IteratorT>
 141     void createLocalAlignment(std::list<ConservedPath>::iterator begin,
 142                               std::list<ConservedPath>::iterator end,
 143                               std::list<ConservedPath::path_type>& result,
 144                               std::list<std::vector<bool> >& reversed);
 145
 146     //! run seqcomp and the nway filtering algorithm.
 147     /*!analyze will run seqcomp and then the nway algorithm
 148      * on whatever sequences have been loaded into this mussa instance.
 149      * \throws mussa_analysis_error
 150      */
 151     void analyze();
 152     /*! Run the nway filtering algorithm,
 153      *  this might be used when changing the soft threshhold?
 154      */
 155     void nway();
 156
 157     //! appends a string sequence to the list of the_seqs
 158     // void append_sequence(std::string a_seq);
 159     //! appends a sequence to the list of the_seqs (makes copy)
 160     void append_sequence(const Sequence& a_seq);
 161     //! append a sequence to the list of seqs (shared)
 162     void append_sequence(boost::shared_ptr<Sequence> a_seq);
 163
 164     //! Load a sequence from a fasta file and any annotations
 165     /*! \param[in] seq_file the full path to the fasta file
 166      *  \param[in] annot_file the full path to an annotation file,
 167      *             if is an empty string, we won't bother loading anything
 168      *  \param[in] fasta_index specify which sequence in a multisequence fasta
 169      *             file
 170      *  \param[in] sub_seq_start starting slice index to select a subsequence
 171      *             use 0 start from the beginning.
 172      *  \param[in] sub_seq_end ending slice index to select a subsequence
 173      *             use 0 to go to the end.
 174      *  \param[in] name sequence name, only used if not null
 175      */
 176     void load_sequence(boost::filesystem::path seq_file,
 177                        boost::filesystem::path annot_file,
 178                        int fasta_index, int sub_seq_start=0, int sub_seq_end=0,
 179                        std::string *name=0);
 180     //! allow examining the sequences we have loaded
 181     typedef std::vector<boost::shared_ptr<Sequence> > vector_sequence_type;
 182     const vector_sequence_type& sequences() const;
 183
 184     // deprecated - support bridge for python version of mussa
 185     // these save & load from the old file format
 186     void save_old();
 187     void load_old(char * load_file_path, int s_num);
 188
 189     // manage motif lists
 190     //! add a motif it wont be applied until update_sequences_motif is called
 191     void add_motif(const Sequence& motifs, const Color& colors);
 192     //! add vector of motifs and colors to our motif collection
 193     /*! this will automatically call update_sequences_motif
 194      *  this depends on sets and color maps being unique
 195      *  (aka if you add the same item more than once it doesn't
 196      *  increase the size of the data structure)
 197      */
 198     void set_motifs(const std::vector<Sequence>& motifs,
 199                     const std::vector<Color>& colors);
 200     /*! The file should look something like
 201      *  <sequence> <red> <green> <blue>
 202      *  where sequence is a string of IUPAC symbols
 203      *  and red,green,blue are a white space separated list of floats
 204      *  in the range [0.0, 1.0]
 205      */
 206     //! load a list of motifs from a file named filename
 207     void load_motifs(boost::filesystem::path filename);
 208     //! load motifs from an ifstream
 209     /*! \sa Mussa::load_motifs(boost::filesystem::path)
 210      */
 211     void load_motifs(std::istream &);
 212     //! save motif list to the specified filename
 213     void save_motifs(boost::filesystem::path filename);
 214     //! save motif list to an ostream
 215     void save_motifs(std::ostream &);
 216     //! return our motifs;
 217     const motif_set& motifs() const;
 218
 219     //! return color mapper
 220     boost::shared_ptr<AnnotationColors> colorMapper();
 221
 222   private:
 223     //! push motifs to our attached sequences
 224     void update_sequences_motifs();
 225
 226     // Private variables
 227     // parameters needed for a mussa analysis
 228     //! name of this analysis. (will also be used when saving an analysis)
 229     std::string analysis_name;
 230     //! how many base pairs to include in a sliding window
 231     int window;
 232     //! how many base pairs need to match order to record a window as conserved
 233     int threshold;
 234     //! stores current filter used by GUI to change the connections shown
 235     int soft_thres;
 236     //! which nway comparison algorithm to use.
 237     enum analysis_modes ana_mode;
 238     double ent_thres;
 239     //! should we append _w<window_size> to the saved analysis
 240     bool win_append;
 241     //! should we append _t<threshold> to the saved analysis
 242     bool thres_append;
 243
 244     //! sequence data
 245     vector_sequence_type the_seqs;
 246     //! the seqcomp data
 247     std::vector<std::vector<FLPs> > all_comps;
 248     //! N-way data, ie the mussa results
 249     NwayPaths the_paths;
 250
 251     //! motif list
 252     motif_set motif_sequences;
 253     //! color manager
 254     boost::shared_ptr<AnnotationColors> color_mapper;
 255     //! path to our analysis
 256     boost::filesystem::path analysis_path;
 257     //! flag indicating if we have unsaved changes
 258     bool dirty;
 259
 260     // Private methods
 261     //! runs all the seqcomps needed to support the nway comparison
 262     void seqcomp();
 263
 264 };
 265 #endif