errmod.c

   1 #include <math.h>
   2 #include "errmod.h"
   3 #include "ksort.h"
   4 KSORT_INIT_GENERIC(uint16_t)
   5
   6 typedef struct __errmod_coef_t {
   7         double *fk, *beta, *lhet;
   8 } errmod_coef_t;
   9
  10 typedef struct {
  11         double fsum[16], bsum[16];
  12         uint32_t c[16];
  13 } call_aux_t;
  14
  15 static errmod_coef_t *cal_coef(double depcorr, double eta)
  16 {
  17         int k, n, q;
  18         long double sum, sum1;
  19         double *lC;
  20         errmod_coef_t *ec;
  21
  22         ec = calloc(1, sizeof(errmod_coef_t));
  23         // initialize ->fk
  24         ec->fk = (double*)calloc(256, sizeof(double));
  25         ec->fk[0] = 1.0;
  26         for (n = 1; n != 256; ++n)
  27                 ec->fk[n] = pow(1. - depcorr, n) * (1.0 - eta) + eta;
  28         // initialize ->coef
  29         ec->beta = (double*)calloc(256 * 256 * 64, sizeof(double));
  30         lC = (double*)calloc(256 * 256, sizeof(double));
  31         for (n = 1; n != 256; ++n) {
  32                 double lgn = lgamma(n+1);
  33                 for (k = 1; k <= n; ++k)
  34                         lC[n<<8|k] = lgn - lgamma(k+1) - lgamma(n-k+1);
  35         }
  36         for (q = 1; q != 64; ++q) {
  37                 double e = pow(10.0, -q/10.0);
  38                 double le = log(e);
  39                 double le1 = log(1.0 - e);
  40                 for (n = 1; n <= 255; ++n) {
  41                         double *beta = ec->beta + (q<<16|n<<8);
  42                         sum1 = sum = 0.0;
  43                         for (k = n; k >= 0; --k, sum1 = sum) {
  44                                 sum = sum1 + expl(lC[n<<8|k] + k*le + (n-k)*le1);
  45                                 beta[k] = -10. / M_LN10 * logl(sum1 / sum);
  46                         }
  47                 }
  48         }
  49         // initialize ->lhet
  50         ec->lhet = (double*)calloc(256 * 256, sizeof(double));
  51         for (n = 0; n < 256; ++n)
  52                 for (k = 0; k < 256; ++k)
  53                         ec->lhet[n<<8|k] = lC[n<<8|k] - M_LN2 * n;
  54         free(lC);
  55         return ec;
  56 }
  57
  58 errmod_t *errmod_init(float depcorr)
  59 {
  60         errmod_t *em;
  61         em = (errmod_t*)calloc(1, sizeof(errmod_t));
  62         em->depcorr = depcorr;
  63         em->coef = cal_coef(depcorr, 0.03);
  64         return em;
  65 }
  66
  67 void errmod_destroy(errmod_t *em)
  68 {
  69         if (em == 0) return;
  70         free(em->coef->lhet); free(em->coef->fk); free(em->coef->beta);
  71         free(em->coef); free(em);
  72 }
  73 // qual:6, strand:1, base:4
  74 int errmod_cal(const errmod_t *em, int n, int m, uint16_t *bases, float *q)
  75 {
  76         call_aux_t aux;
  77         int i, j, k, w[32];
  78
  79         if (m > m) return -1;
  80         memset(q, 0, m * m * sizeof(float));
  81         if (n == 0) return 0;
  82         // calculate aux.esum and aux.fsum
  83         if (n > 255) { // then sample 255 bases
  84                 ks_shuffle(uint16_t, n, bases);
  85                 n = 255;
  86         }
  87         ks_introsort(uint16_t, n, bases);
  88         memset(w, 0, 32 * sizeof(int));
  89         memset(&aux, 0, sizeof(call_aux_t));
  90         for (j = n - 1; j >= 0; --j) { // calculate esum and fsum
  91                 uint16_t b = bases[j];
  92                 int q = b>>5 < 4? 4 : b>>5;
  93                 if (q > 63) q = 63;
  94                 k = b&0x1f;
  95                 aux.fsum[k&0xf] += em->coef->fk[w[k]];
  96                 aux.bsum[k&0xf] += em->coef->fk[w[k]] * em->coef->beta[q<<16|n<<8|aux.c[k&0xf]];
  97                 ++aux.c[k&0xf];
  98                 ++w[k];
  99         }
 100         // generate likelihood
 101         for (j = 0; j != m; ++j) {
 102                 float tmp1, tmp3;
 103                 int tmp2, bar_e;
 104                 // homozygous
 105                 for (k = 0, tmp1 = tmp3 = 0.0, tmp2 = 0; k != m; ++k) {
 106                         if (k == j) continue;
 107                         tmp1 += aux.bsum[k]; tmp2 += aux.c[k]; tmp3 += aux.fsum[k];
 108                 }
 109                 if (tmp2) {
 110                         bar_e = (int)(tmp1 / tmp3 + 0.499);
 111                         if (bar_e > 63) bar_e = 63;
 112                         q[j*m+j] = tmp1;
 113                 }
 114                 // heterozygous
 115                 for (k = j + 1; k < m; ++k) {
 116                         int cjk = aux.c[j] + aux.c[k];
 117                         for (i = 0, tmp2 = 0, tmp1 = tmp3 = 0.0; i < m; ++i) {
 118                                 if (i == j || i == k) continue;
 119                                 tmp1 += aux.bsum[i]; tmp2 += aux.c[i]; tmp3 += aux.fsum[i];
 120                         }
 121                         if (tmp2) {
 122                                 bar_e = (int)(tmp1 / tmp3 + 0.499);
 123                                 if (bar_e > 63) bar_e = 63;
 124                                 q[j*m+k] = q[k*m+j] = -4.343 * em->coef->lhet[cjk<<8|aux.c[k]] + tmp1;
 125                         } else q[j*m+k] = q[k*m+j] = -4.343 * em->coef->lhet[cjk<<8|aux.c[k]]; // all the bases are either j or k
 126                 }
 127                 for (k = 0; k != m; ++k) if (q[j*m+k] < 0.0) q[j*m+k] = 0.0;
 128         }
 129         return 0;
 130 }