Imported Upstream version 0.1.14
[samtools.git] / bcftools / call1.c
index 286c0141856f0f7f2bac22f4e7f8ab80f52afa2c..e074fb5cac2fec5bf2129aec0c2c736764dd0ef5 100644 (file)
@@ -6,6 +6,7 @@
 #include "bcf.h"
 #include "prob1.h"
 #include "kstring.h"
+#include "time.h"
 
 #include "khash.h"
 KHASH_SET_INIT_INT64(set64)
@@ -19,7 +20,6 @@ KSTREAM_INIT(gzFile, gzread, 16384)
 #define VC_VARONLY 16
 #define VC_VCFIN   32
 #define VC_UNCOMP  64
-#define VC_HWE     128
 #define VC_KEEPALT 256
 #define VC_ACGT_ONLY 512
 #define VC_QCALL   1024
@@ -27,11 +27,13 @@ KSTREAM_INIT(gzFile, gzread, 16384)
 #define VC_ADJLD   4096
 #define VC_NO_INDEL 8192
 #define VC_ANNO_MAX 16384
+#define VC_FIX_PL   32768
 
 typedef struct {
-       int flag, prior_type, n1, n_sub, *sublist;
+       int flag, prior_type, n1, n_sub, *sublist, n_perm;
        char *fn_list, *prior_file, **subsam, *fn_dict;
-       double theta, pref, indel_frac;
+       uint8_t *ploidy;
+       double theta, pref, indel_frac, min_perm_p, min_smpl_frac;
 } viewconf_t;
 
 khash_t(set64) *bcf_load_pos(const char *fn, bcf_hdr_t *_h)
@@ -67,23 +69,6 @@ khash_t(set64) *bcf_load_pos(const char *fn, bcf_hdr_t *_h)
        return hash;
 }
 
-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];
@@ -150,12 +135,11 @@ static void rm_info(bcf1_t *b, const char *key)
 static int update_bcf1(int n_smpl, bcf1_t *b, const bcf_p1aux_t *pa, const bcf_p1rst_t *pr, double pref, int flag)
 {
        kstring_t s;
-       int is_var = (pr->p_ref < pref);
-       double p_hwe, r = is_var? pr->p_ref : pr->p_var, fq;
+       int has_I16, is_var = (pr->p_ref < pref);
+       double fq, r = is_var? pr->p_ref : pr->p_var;
        anno16_t a;
 
-       p_hwe = pr->g[0] >= 0.? test_hwe(pr->g) : 1.0; // only do HWE g[] is calculated
-       test16(b, &a);
+       has_I16 = test16(b, &a) >= 0? 1 : 0;
        rm_info(b, "I16=");
 
        memset(&s, 0, sizeof(kstring_t));
@@ -165,17 +149,24 @@ static int update_bcf1(int n_smpl, bcf1_t *b, const bcf_p1aux_t *pa, const bcf_p
        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", 1.-pr->f_em, pr->cil, pr->cih);
-       ksprintf(&s, ";DP4=%d,%d,%d,%d;MQ=%d", a.d[0], a.d[1], a.d[2], a.d[3], a.mq);
+       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 (a.is_tested) {
-               if (pr->pc[0] >= 0.) ksprintf(&s, ";PC4=%g,%g,%g,%g", pr->pc[0], pr->pc[1], pr->pc[2], pr->pc[3]);
-               ksprintf(&s, ";PV4=%.2g,%.2g,%.2g,%.2g", a.p[0], a.p[1], a.p[2], a.p[3]);
+       if (pr->cmp[0] >= 0.) {
+               int i, q[3], pq;
+               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, ",%g,%g,%g", pr->cmp[0], pr->cmp[1], pr->cmp[2]);
        }
-       if (pr->g[0] >= 0. && p_hwe <= .2)
-               ksprintf(&s, ";GC=%.2f,%.2f,%.2f;HWE=%.3f", pr->g[2], pr->g[1], pr->g[0], p_hwe);
+       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);
        kputs(b->fmt, &s); kputc('\0', &s);
        free(b->str);
@@ -214,11 +205,24 @@ static char **read_samples(const char *fn, int *_n)
        if (fp == 0) return 0; // fail to open file
        ks = ks_init(fp);
        while (ks_getuntil(ks, 0, &s, &dret) >= 0) {
+               int l;
                if (max == n) {
                        max = max? max<<1 : 4;
                        sam = realloc(sam, sizeof(void*)*max);
                }
-               sam[n++] = strdup(s.s);
+               l = s.l;
+               sam[n] = malloc(s.l + 2);
+               strcpy(sam[n], s.s);
+               sam[n][l+1] = 2; // by default, diploid
+               if (dret != '\n') {
+                       if (ks_getuntil(ks, 0, &s, &dret) >= 0) { // read ploidy, 1 or 2
+                               int x = (int)s.s[0] - '0';
+                               if (x == 1 || x == 2) sam[n][l+1] = x;
+                               else fprintf(stderr, "(%s) ploidy can only be 1 or 2; assume diploid\n", __func__);
+                       }
+                       if (dret != '\n') ks_getuntil(ks, '\n', &s, &dret);
+               }
+               ++n;
        }
        ks_destroy(ks);
        gzclose(fp);
@@ -239,7 +243,7 @@ static void write_header(bcf_hdr_t *h)
        if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=MQ,"))
                kputs("##INFO=<ID=MQ,Number=1,Type=Integer,Description=\"Root-mean-square mapping quality of covering reads\">\n", &str);
        if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=FQ,"))
-               kputs("##INFO=<ID=FQ,Number=1,Type=Float,Description=\"Phred probability that sample chromosomes are not all the same\">\n", &str);
+               kputs("##INFO=<ID=FQ,Number=1,Type=Float,Description=\"Phred probability of all samples being the same\">\n", &str);
        if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=AF1,"))
                kputs("##INFO=<ID=AF1,Number=1,Type=Float,Description=\"Max-likelihood estimate of the site allele frequency of the first ALT allele\">\n", &str);
        if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=CI95,"))
@@ -248,7 +252,15 @@ static void write_header(bcf_hdr_t *h)
                kputs("##INFO=<ID=PV4,Number=4,Type=Float,Description=\"P-values for strand bias, baseQ bias, mapQ bias and tail distance bias\">\n", &str);
     if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=INDEL,"))
         kputs("##INFO=<ID=INDEL,Number=0,Type=Flag,Description=\"Indicates that the variant is an INDEL.\">\n", &str);
-    if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=GT,"))
+    if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=PC2,"))
+        kputs("##INFO=<ID=PC2,Number=2,Type=Integer,Description=\"Phred probability of the nonRef allele frequency in group1 samples being larger (,smaller) than in group2.\">\n", &str);
+    if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=PCHI2,"))
+        kputs("##INFO=<ID=PCHI2,Number=1,Type=Float,Description=\"Posterior weighted chi^2 P-value for testing the association between group1 and group2 samples.\">\n", &str);
+    if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=QCHI2,"))
+        kputs("##INFO=<ID=QCHI2,Number=1,Type=Integer,Description=\"Phred scaled PCHI2.\">\n", &str);
+    if (!strstr(str.s, "##INFO=<ID=RP,"))
+        kputs("##INFO=<ID=RP,Number=1,Type=Integer,Description=\"# permutations yielding a smaller PCHI2.\">\n", &str);
+    if (!strstr(str.s, "##FORMAT=<ID=GT,"))
         kputs("##FORMAT=<ID=GT,Number=1,Type=String,Description=\"Genotype\">\n", &str);
     if (!strstr(str.s, "##FORMAT=<ID=GQ,"))
         kputs("##FORMAT=<ID=GQ,Number=1,Type=Integer,Description=\"Genotype Quality\">\n", &str);
@@ -271,9 +283,10 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
        extern void bcf_p1_indel_prior(bcf_p1aux_t *ma, double x);
        extern int bcf_fix_gt(bcf1_t *b);
        extern int bcf_anno_max(bcf1_t *b);
+       extern int bcf_shuffle(bcf1_t *b, int seed);
        bcf_t *bp, *bout = 0;
        bcf1_t *b, *blast;
-       int c;
+       int c, *seeds = 0;
        uint64_t n_processed = 0;
        viewconf_t vc;
        bcf_p1aux_t *p1 = 0;
@@ -284,13 +297,13 @@ 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_sub = 0; vc.subsam = 0; vc.sublist = 0;
-       while ((c = getopt(argc, argv, "N1:l:cHAGvbSuP:t:p:QgLi:IMs: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;
+       while ((c = getopt(argc, argv, "FN1:l:cHAGvbSuP:t:p:QgLi:IMs:D:U:X:d:")) >= 0) {
                switch (c) {
                case '1': vc.n1 = atoi(optarg); break;
                case 'l': vc.fn_list = strdup(optarg); break;
                case 'D': vc.fn_dict = strdup(optarg); break;
+               case 'F': vc.flag |= VC_FIX_PL; break;
                case 'N': vc.flag |= VC_ACGT_ONLY; break;
                case 'G': vc.flag |= VC_NO_GENO; break;
                case 'A': vc.flag |= VC_KEEPALT; break;
@@ -299,7 +312,6 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                case 'c': vc.flag |= VC_CALL; break;
                case 'v': vc.flag |= VC_VARONLY | VC_CALL; break;
                case 'u': vc.flag |= VC_UNCOMP | VC_BCFOUT; break;
-               case 'H': vc.flag |= VC_HWE; break;
                case 'g': vc.flag |= VC_CALL_GT | VC_CALL; break;
                case 'I': vc.flag |= VC_NO_INDEL; break;
                case 'M': vc.flag |= VC_ANNO_MAX; break;
@@ -308,7 +320,14 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                case 'i': vc.indel_frac = atof(optarg); break;
                case 'Q': vc.flag |= VC_QCALL; break;
                case 'L': vc.flag |= VC_ADJLD; break;
-               case 's': vc.subsam = read_samples(optarg, &vc.n_sub); break;
+               case 'U': vc.n_perm = atoi(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);
+                       vc.ploidy = calloc(vc.n_sub + 1, 1);
+                       for (tid = 0; tid < vc.n_sub; ++tid) vc.ploidy[tid] = vc.subsam[tid][strlen(vc.subsam[tid]) + 1];
+                       tid = -1;
+                       break;
                case 'P':
                        if (strcmp(optarg, "full") == 0) vc.prior_type = MC_PTYPE_FULL;
                        else if (strcmp(optarg, "cond2") == 0) vc.prior_type = MC_PTYPE_COND2;
@@ -328,19 +347,22 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                fprintf(stderr, "         -S        input is VCF\n");
                fprintf(stderr, "         -A        keep all possible alternate alleles at variant sites\n");
                fprintf(stderr, "         -G        suppress all individual genotype information\n");
-               fprintf(stderr, "         -H        perform Hardy-Weinberg test (slower)\n");
                fprintf(stderr, "         -N        skip sites where REF is not A/C/G/T\n");
                fprintf(stderr, "         -Q        output the QCALL likelihood format\n");
                fprintf(stderr, "         -L        calculate LD for adjacent sites\n");
                fprintf(stderr, "         -I        skip indels\n");
+               fprintf(stderr, "         -F        PL generated by r921 or before\n");
+               fprintf(stderr, "         -d FLOAT  skip loci where less than FLOAT fraction of samples covered [0]\n");
                fprintf(stderr, "         -D FILE   sequence dictionary for VCF->BCF conversion [null]\n");
-               fprintf(stderr, "         -1 INT    number of group-1 samples [0]\n");
                fprintf(stderr, "         -l FILE   list of sites to output [all sites]\n");
                fprintf(stderr, "         -t FLOAT  scaled substitution mutation rate [%.4g]\n", vc.theta);
                fprintf(stderr, "         -i FLOAT  indel-to-substitution ratio [%.4g]\n", vc.indel_frac);
                fprintf(stderr, "         -p FLOAT  variant if P(ref|D)<FLOAT [%.3g]\n", vc.pref);
                fprintf(stderr, "         -P STR    type of prior: full, cond2, flat [full]\n");
                fprintf(stderr, "         -s FILE   list of samples to use [all samples]\n");
+               fprintf(stderr, "         -1 INT    number of group-1 samples [0]\n");
+               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;
        }
@@ -349,6 +371,12 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                fprintf(stderr, "[%s] For VCF->BCF conversion please specify the sequence dictionary with -D\n", __func__);
                return 1;
        }
+       if (vc.n1 <= 0) vc.n_perm = 0; // TODO: give a warning here!
+       if (vc.n_perm > 0) {
+               seeds = malloc(vc.n_perm * sizeof(int));
+               srand48(time(0));
+               for (c = 0; c < vc.n_perm; ++c) seeds[c] = lrand48();
+       }
        b = calloc(1, sizeof(bcf1_t));
        blast = calloc(1, sizeof(bcf1_t));
        strcpy(moder, "r");
@@ -370,7 +398,7 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                vcf_hdr_write(bout, hout);
        }
        if (vc.flag & VC_CALL) {
-               p1 = bcf_p1_init(hout->n_smpl);
+               p1 = bcf_p1_init(hout->n_smpl, vc.ploidy);
                if (vc.prior_file) {
                        if (bcf_p1_read_prior(p1, vc.prior_file) < 0) {
                                fprintf(stderr, "[%s] fail to read the prior AFS.\n", __func__);
@@ -403,7 +431,14 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
        }
        while (vcf_read(bp, hin, b) > 0) {
                int is_indel;
+               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);
+                       int n = bcf_smpl_covered(b);
+                       if ((double)n / b->n_smpl < vc.min_smpl_frac) continue;
+               }
                if (vc.n_sub) bcf_subsam(vc.n_sub, vc.sublist, b);
+               if (vc.flag & VC_FIX_PL) bcf_fix_pl(b);
                is_indel = bcf_is_indel(b);
                if ((vc.flag & VC_NO_INDEL) && is_indel) continue;
                if ((vc.flag & VC_ACGT_ONLY) && !is_indel) {
@@ -434,12 +469,21 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
                if (vc.flag & VC_CALL) { // call variants
                        bcf_p1rst_t pr;
                        bcf_p1_cal(b, p1, &pr); // pr.g[3] is not calculated here
-                       if (vc.flag&VC_HWE) bcf_p1_cal_g3(p1, pr.g);
                        if (n_processed % 100000 == 0) {
                                fprintf(stderr, "[%s] %ld sites processed.\n", __func__, (long)n_processed);
                                bcf_p1_dump_afs(p1);
                        }
                        if (pr.p_ref >= vc.pref && (vc.flag & VC_VARONLY)) continue;
+                       if (vc.n_perm && vc.n1 > 0 && pr.p_chi2 < vc.min_perm_p) { // permutation test
+                               bcf_p1rst_t r;
+                               int i, n = 0;
+                               for (i = 0; i < vc.n_perm; ++i) {
+                                       bcf_shuffle(b, seeds[i]);
+                                       bcf_p1_cal(b, p1, &r);
+                                       if (pr.p_chi2 >= r.p_chi2) ++n;
+                               }
+                               pr.perm_rank = n;
+                       }
                        update_bcf1(hout->n_smpl, b, p1, &pr, vc.pref, vc.flag);
                }
                if (vc.flag & VC_ADJLD) { // compute LD
@@ -471,11 +515,13 @@ int bcfview(int argc, char *argv[])
        if (hash) kh_destroy(set64, hash);
        if (vc.fn_list) free(vc.fn_list);
        if (vc.fn_dict) free(vc.fn_dict);
+       if (vc.ploidy) free(vc.ploidy);
        if (vc.n_sub) {
                int i;
                for (i = 0; i < vc.n_sub; ++i) free(vc.subsam[i]);
                free(vc.subsam); free(vc.sublist);
        }
+       if (seeds) free(seeds);
        if (p1) bcf_p1_destroy(p1);
        return 0;
 }