Merge commit 'upstream/0.1.16'
[samtools.git] / bcftools / call1.c
index d61d2c46de740cb0162d9d057a4351ddbeb820e9..8e57aa1d6da3c57bd9c5dbae39385816af163773 100644 (file)
@@ -25,12 +25,13 @@ KSTREAM_INIT(gzFile, gzread, 16384)
 #define VC_NO_INDEL 8192
 #define VC_ANNO_MAX 16384
 #define VC_FIX_PL   32768
+#define VC_EM       0x10000
 
 typedef struct {
        int flag, prior_type, n1, n_sub, *sublist, n_perm;
        char *prior_file, **subsam, *fn_dict;
        uint8_t *ploidy;
-       double theta, pref, indel_frac, min_perm_p, min_smpl_frac;
+       double theta, pref, indel_frac, min_perm_p, min_smpl_frac, min_lrt;
        void *bed;
 } viewconf_t;
 
@@ -38,23 +39,6 @@ void *bed_read(const char *fn);
 void bed_destroy(void *_h);
 int bed_overlap(const void *_h, const char *chr, int beg, int end);
 
-static double test_hwe(const double g[3])
-{
-       extern double kf_gammaq(double p, double x);
-       double fexp, chi2, f[3], n;
-       int i;
-       n = g[0] + g[1] + g[2];
-       fexp = (2. * g[2] + g[1]) / (2. * n);
-       if (fexp > 1. - 1e-10) fexp = 1. - 1e-10;
-       if (fexp < 1e-10) fexp = 1e-10;
-       f[0] = n * (1. - fexp) * (1. - fexp);
-       f[1] = n * 2. * fexp * (1. - fexp);
-       f[2] = n * fexp * fexp;
-       for (i = 0, chi2 = 0.; i < 3; ++i)
-               chi2 += (g[i] - f[i]) * (g[i] - f[i]) / f[i];
-       return kf_gammaq(.5, chi2 / 2.);
-}
-
 typedef struct {
        double p[4];
        int mq, depth, is_tested, d[4];
@@ -118,44 +102,53 @@ static void rm_info(bcf1_t *b, const char *key)
        bcf_sync(b);
 }
 
-static int update_bcf1(int n_smpl, bcf1_t *b, const bcf_p1aux_t *pa, const bcf_p1rst_t *pr, double pref, int flag)
+static int update_bcf1(bcf1_t *b, const bcf_p1aux_t *pa, const bcf_p1rst_t *pr, double pref, int flag, double em[9])
 {
        kstring_t s;
-       int has_I16, is_var = (pr->p_ref < pref);
-       double fq, r = is_var? pr->p_ref : pr->p_var;
+       int has_I16, is_var;
+       double fq, r;
        anno16_t a;
 
        has_I16 = test16(b, &a) >= 0? 1 : 0;
-       rm_info(b, "I16=");
+       rm_info(b, "I16="); // FIXME: probably this function has a bug. If I move it below, I16 will not be removed!
 
        memset(&s, 0, sizeof(kstring_t));
        kputc('\0', &s); kputs(b->ref, &s); kputc('\0', &s);
        kputs(b->alt, &s); kputc('\0', &s); kputc('\0', &s);
        kputs(b->info, &s);
        if (b->info[0]) kputc(';', &s);
-//     ksprintf(&s, "AF1=%.4lg;AFE=%.4lg;CI95=%.4lg,%.4lg", 1.-pr->f_em, 1.-pr->f_exp, pr->cil, pr->cih);
-       ksprintf(&s, "AF1=%.4g;CI95=%.4g,%.4g;G3=%.4g,%.4g,%.4g", 1.-pr->f_em, pr->cil, pr->cih, pr->g[2], pr->g[1], pr->g[0]);
-       if (n_smpl > 5) {
-               double hwe = test_hwe(pr->g);
-               if (hwe < 0.1) ksprintf(&s, ";HWE=%.4g", hwe);
+       { // print EM
+               if (em[0] >= 0) ksprintf(&s, "AF1=%.4g", 1 - em[0]);
+               if (em[4] >= 0 && em[4] <= 0.05) ksprintf(&s, ";G3=%.4g,%.4g,%.4g;HWE=%.3g", em[3], em[2], em[1], em[4]);
+               if (em[5] >= 0 && em[6] >= 0) ksprintf(&s, ";AF2=%.4g,%.4g", 1 - em[5], 1 - em[6]);
+               if (em[7] >= 0) ksprintf(&s, ";LRT=%.3g", em[7]);
        }
+       if (pr == 0) { // if pr is unset, return
+               kputc('\0', &s); kputs(b->fmt, &s); kputc('\0', &s);
+               free(b->str);
+               b->m_str = s.m; b->l_str = s.l; b->str = s.s;
+               bcf_sync(b);
+               return 1;
+       }
+
+       is_var = (pr->p_ref < pref);
+       r = is_var? pr->p_ref : pr->p_var;
+
+       ksprintf(&s, ";CI95=%.4g,%.4g", pr->cil, pr->cih); // FIXME: when EM is not used, ";" should be omitted!
        if (has_I16) ksprintf(&s, ";DP4=%d,%d,%d,%d;MQ=%d", a.d[0], a.d[1], a.d[2], a.d[3], a.mq);
        fq = pr->p_ref_folded < 0.5? -4.343 * log(pr->p_ref_folded) : 4.343 * log(pr->p_var_folded);
        if (fq < -999) fq = -999;
        if (fq > 999) fq = 999;
        ksprintf(&s, ";FQ=%.3g", fq);
        if (pr->cmp[0] >= 0.) { // two sample groups
-               int i, q[3], pq;
+               int i, q[3];
                for (i = 1; i < 3; ++i) {
                        double x = pr->cmp[i] + pr->cmp[0]/2.;
                        q[i] = x == 0? 255 : (int)(-4.343 * log(x) + .499);
                        if (q[i] > 255) q[i] = 255;
                }
-               pq = (int)(-4.343 * log(pr->p_chi2) + .499);
                if (pr->perm_rank >= 0) ksprintf(&s, ";PR=%d", pr->perm_rank);
-               ksprintf(&s, ";QCHI2=%d;PCHI2=%.3g;PC2=%d,%d", pq, q[1], q[2], pr->p_chi2);
-               ksprintf(&s, ";AF2=%.4g,%.4g", 1.-pr->f_em2[0], 1.-pr->f_em2[1]);
-//             ksprintf(&s, ",%g,%g,%g", pr->cmp[0], pr->cmp[1], pr->cmp[2]);
+               ksprintf(&s, ";PCHI2=%.3g;PC2=%d,%d", q[1], q[2], pr->p_chi2);
        }
        if (has_I16 && a.is_tested) ksprintf(&s, ";PV4=%.2g,%.2g,%.2g,%.2g", a.p[0], a.p[1], a.p[2], a.p[3]);
        kputc('\0', &s);
@@ -175,7 +168,7 @@ static int update_bcf1(int n_smpl, bcf1_t *b, const bcf_p1aux_t *pa, const bcf_p
                b->m_str = s.m; b->l_str = s.l; b->str = s.s;
                bcf_sync(b);
                for (i = 0; i < b->n_smpl; ++i) {
-                       x = bcf_p1_call_gt(pa, pr->f_em, i);
+                       x = bcf_p1_call_gt(pa, pr->f_exp, i);
                        ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi].data)[i] = (x&3) == 0? 1<<3|1 : (x&3) == 1? 1 : 0;
                        ((uint8_t*)b->gi[old_n_gi+1].data)[i] = x>>2;
                }
@@ -270,7 +263,7 @@ static void write_header(bcf_hdr_t *h)
        h->l_txt = str.l + 1; h->txt = str.s;
 }
 
-double bcf_ld_freq(const bcf1_t *b0, const bcf1_t *b1, double f[4]);
+double bcf_pair_freq(const bcf1_t *b0, const bcf1_t *b1, double f[4]);
 
 int bcfview(int argc, char *argv[])
 {
@@ -291,8 +284,8 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
 
        tid = begin = end = -1;
        memset(&vc, 0, sizeof(viewconf_t));
-       vc.prior_type = vc.n1 = -1; vc.theta = 1e-3; vc.pref = 0.5; vc.indel_frac = -1.; vc.n_perm = 0; vc.min_perm_p = 0.01; vc.min_smpl_frac = 0;
-       while ((c = getopt(argc, argv, "FN1:l:cHAGvbSuP:t:p:QgLi:IMs:D:U:X:d:")) >= 0) {
+       vc.prior_type = vc.n1 = -1; vc.theta = 1e-3; vc.pref = 0.5; vc.indel_frac = -1.; vc.n_perm = 0; vc.min_perm_p = 0.01; vc.min_smpl_frac = 0; vc.min_lrt = 1;
+       while ((c = getopt(argc, argv, "FN1:l:cC:eHAGvbSuP:t:p:QgLi:IMs:D:U:X:d:")) >= 0) {
                switch (c) {
                case '1': vc.n1 = atoi(optarg); break;
                case 'l': vc.bed = bed_read(optarg); break;
@@ -304,6 +297,7 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                case 'b': vc.flag |= VC_BCFOUT; break;
                case 'S': vc.flag |= VC_VCFIN; break;
                case 'c': vc.flag |= VC_CALL; break;
+               case 'e': vc.flag |= VC_EM; break;
                case 'v': vc.flag |= VC_VARONLY | VC_CALL; break;
                case 'u': vc.flag |= VC_UNCOMP | VC_BCFOUT; break;
                case 'g': vc.flag |= VC_CALL_GT | VC_CALL; break;
@@ -315,6 +309,7 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                case 'Q': vc.flag |= VC_QCALL; break;
                case 'L': vc.flag |= VC_ADJLD; break;
                case 'U': vc.n_perm = atoi(optarg); break;
+               case 'C': vc.min_lrt = atof(optarg); break;
                case 'X': vc.min_perm_p = atof(optarg); break;
                case 'd': vc.min_smpl_frac = atof(optarg); break;
                case 's': vc.subsam = read_samples(optarg, &vc.n_sub);
@@ -347,8 +342,9 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                fprintf(stderr, "       -S        input is VCF\n");
                fprintf(stderr, "       -u        uncompressed BCF output (force -b)\n");
                fprintf(stderr, "\nConsensus/variant calling options:\n\n");
-               fprintf(stderr, "       -c        SNP calling\n");
+               fprintf(stderr, "       -c        SNP calling (force -e)\n");
                fprintf(stderr, "       -d FLOAT  skip loci where less than FLOAT fraction of samples covered [0]\n");
+               fprintf(stderr, "       -e        likelihood based analyses\n");
                fprintf(stderr, "       -g        call genotypes at variant sites (force -c)\n");
                fprintf(stderr, "       -i FLOAT  indel-to-substitution ratio [%.4g]\n", vc.indel_frac);
                fprintf(stderr, "       -I        skip indels\n");
@@ -358,12 +354,14 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                fprintf(stderr, "       -v        output potential variant sites only (force -c)\n");
                fprintf(stderr, "\nContrast calling and association test options:\n\n");
                fprintf(stderr, "       -1 INT    number of group-1 samples [0]\n");
+               fprintf(stderr, "       -C FLOAT  posterior constrast for LRT<FLOAT and P(ref|D)<0.5 [%g]\n", vc.min_lrt);
                fprintf(stderr, "       -U INT    number of permutations for association testing (effective with -1) [0]\n");
                fprintf(stderr, "       -X FLOAT  only perform permutations for P(chi^2)<FLOAT [%g]\n", vc.min_perm_p);
                fprintf(stderr, "\n");
                return 1;
        }
 
+       if (vc.flag & VC_CALL) vc.flag |= VC_EM;
        if ((vc.flag & VC_VCFIN) && (vc.flag & VC_BCFOUT) && vc.fn_dict == 0) {
                fprintf(stderr, "[%s] For VCF->BCF conversion please specify the sequence dictionary with -D\n", __func__);
                return 1;
@@ -402,7 +400,7 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                                return 1;
                        }
                } else bcf_p1_init_prior(p1, vc.prior_type, vc.theta);
-               if (vc.n1 > 0) {
+               if (vc.n1 > 0 && vc.min_lrt > 0.) { // set n1
                        bcf_p1_set_n1(p1, vc.n1);
                        bcf_p1_init_subprior(p1, vc.prior_type, vc.theta);
                }
@@ -427,6 +425,7 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
        }
        while (vcf_read(bp, hin, b) > 0) {
                int is_indel;
+               double em[9];
                if ((vc.flag & VC_VARONLY) && strcmp(b->alt, "X") == 0) continue;
                if ((vc.flag & VC_VARONLY) && vc.min_smpl_frac > 0.) {
                        extern int bcf_smpl_covered(const bcf1_t *b);
@@ -455,10 +454,15 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                        bcf_2qcall(hout, b);
                        continue;
                }
+               if (vc.flag & VC_EM) bcf_em1(b, vc.n1, 0xff, em);
+               else {
+                       int i;
+                       for (i = 0; i < 9; ++i) em[i] = -1.;
+               }
                if (vc.flag & (VC_CALL|VC_ADJLD)) bcf_gl2pl(b);
                if (vc.flag & VC_CALL) { // call variants
                        bcf_p1rst_t pr;
-                       bcf_p1_cal(b, p1, &pr); // pr.g[3] is not calculated here
+                       int calret = bcf_p1_cal(b, (em[7] >= 0 && em[7] < vc.min_lrt), p1, &pr);
                        if (n_processed % 100000 == 0) {
                                fprintf(stderr, "[%s] %ld sites processed.\n", __func__, (long)n_processed);
                                bcf_p1_dump_afs(p1);
@@ -468,17 +472,24 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                                bcf_p1rst_t r;
                                int i, n = 0;
                                for (i = 0; i < vc.n_perm; ++i) {
+#ifdef BCF_PERM_LRT // LRT based permutation is much faster but less robust to artifacts
+                                       double x[9];
+                                       bcf_shuffle(b, seeds[i]);
+                                       bcf_em1(b, vc.n1, 1<<7, x);
+                                       if (x[7] < em[7]) ++n;
+#else
                                        bcf_shuffle(b, seeds[i]);
-                                       bcf_p1_cal(b, p1, &r);
+                                       bcf_p1_cal(b, 1, p1, &r);
                                        if (pr.p_chi2 >= r.p_chi2) ++n;
+#endif
                                }
                                pr.perm_rank = n;
                        }
-                       update_bcf1(hout->n_smpl, b, p1, &pr, vc.pref, vc.flag);
-               }
+                       if (calret >= 0) update_bcf1(b, p1, &pr, vc.pref, vc.flag, em);
+               } else if (vc.flag & VC_EM) update_bcf1(b, 0, 0, 0, vc.flag, em);
                if (vc.flag & VC_ADJLD) { // compute LD
                        double f[4], r2;
-                       if ((r2 = bcf_ld_freq(blast, b, f)) >= 0) {
+                       if ((r2 = bcf_pair_freq(blast, b, f)) >= 0) {
                                kstring_t s;
                                s.m = s.l = 0; s.s = 0;
                                if (*b->info) kputc(';', &s);