src/corrtype.cpp

   1 #include "corrtype.h"
   2
   3 // деструктор класса
   4 correlationType::~correlationType() {}
   5
   6 // конструктор класса для инициализации
   7 correlationType::correlationType() {}
   8
   9 correlationType::correlationType(const std::vector< RVec > &ref, int wnd, int taau, int tau_st, float crlUp, float effRad, int mod,
  10                                  const std::string &out, const std::vector< int > &indx,
  11                                  const std::vector< std::vector < std::vector < size_t > > > &sels,
  12                                  const std::vector< std::string > &rsNames) {
  13     setDefaults(ref, wnd, taau, tau_st, crlUp, effRad, mod, out, indx, sels, rsNames);
  14 }
  15
  16 void correlationType::setDefaults(const std::vector< RVec > &ref, int wnd, int taau, int tau_st, float crlUp, float effRad, int mod,
  17                                   const std::string &out, const std::vector< int > &indx,
  18                                   const std::vector< std::vector < std::vector < size_t > > > &sels,
  19                                   const std::vector< std::string > &rsNames) {
  20     // очень странная штука в индуском стиле... зачем столько ифов?!!!
  21     if (ref.size() != 0) {reference = ref;}
  22     if (wnd != -1) {window = wnd;}
  23     if (taau != -1) {tau = taau;}
  24     if (tau_st != -1) {tauStep = tau_st;}
  25     if (crlUp != -1) {crlUpBorder = crlUp;}
  26     if (effRad != -1) {effRadius = effRad;}
  27     if (mod != -1) {mode = mod;}
  28     if (out != "") {outputName = out;}
  29     if (sels.size() != 0) {selections = sels;}
  30     if (rsNames.size() > 0) {resNames = rsNames;}
  31     if (indx.size() > 0) {index = indx;}
  32     subGraphRouts.resize(0);
  33     trajectoryPartition();
  34 }
  35
  36 void correlationType::update(const int frameNum, const std::vector< RVec > &curFrame) {
  37     trajectory.push_back(curFrame);
  38     size_t temp = window + tau;
  39     if (trajectory.size() == temp + 1) {
  40         trajectory.erase(trajectory.begin());
  41     }
  42     if (mode == 1) {
  43         if ( ((frameNum - temp + 1) >= 0) && ((frameNum - temp + 1) % tauStep == 0)) {
  44             correlationEval();
  45             selections.erase(selections.begin());
  46             std::cout << "\n\t\tcorrEval successful\n" << std::endl;
  47         }
  48     }
  49 }
  50
  51 void correlationType::readEval() {
  52     if (mode == 0) {
  53         readWriteCorrelations(0);
  54         subGraphRouts.resize(subGraphRouts.size() + 1);
  55         graphCalculations(1, static_cast< size_t >(tau));
  56         graphBackBoneEvaluation();
  57     }
  58 }
  59
  60 void correlationType::printData() {
  61     printOutputData();
  62 }
  63
  64 void correlationType::trajectoryPartition() {
  65     std::vector< bool > temp1;
  66     std::pair< size_t, size_t > temp2;
  67     float temp3;
  68     std::vector< std::vector < std::vector < size_t > > > selectionsTemp;
  69     selectionsTemp.resize(selections.size());
  70     for (size_t i1 {0}; i1 < selections.size(); i1++) {
  71         selectionsTemp[i1].resize(selections[i1].size());
  72         for (size_t i2 {0}; i2 < selections[i1].size(); i2++) {
  73             selectionsTemp[i1][i2].resize(0);
  74             for (size_t i3 {0}; i3 < selections[i1][i2].size(); i3++) {
  75                 for (size_t i4 {0}; i4 < index.size(); i4++) {
  76                     if (selections[i1][i2][i3] == index[i4]) {
  77                         selectionsTemp[i1][i2].push_back(i4);
  78                         break;
  79                     }
  80                 }
  81             }
  82         }
  83     }
  84     selections = selectionsTemp;
  85     for (auto &k : selections) {
  86         temp1.resize(0);
  87         temp1.resize(index.size(), true);
  88         for (auto &i : k) {
  89             for (auto &j : i) {
  90                 temp1[j] = false;
  91             }
  92         }
  93         for (size_t i {0}; i < temp1.size(); i++) {
  94             if (temp1[i]) {
  95                 temp3 = std::numeric_limits<float>::max();
  96                 for (size_t f {0}; f < k.size(); f++) {
  97                     for (size_t j {0}; j < k[f].size(); j++) {
  98                         if (float temp4 {(reference[k[f][j]] - reference[i]).norm()}; temp3 > temp4) {
  99                             temp3 = temp4;
 100                             temp2 = std::make_pair(f, j);
 101                         }
 102                     }
 103                 }
 104                 k[temp2.first].push_back(i);
 105             }
 106         }
 107     }
 108 }
 109
 110 void correlationType::readWriteCorrelations(int rwMode) {
 111     FILE *file;
 112     if (rwMode == 1) {
 113         file = std::fopen((outputName + "-matrixData").c_str(), "a");
 114         for (size_t i {0}; i < matrixes.size(); i++) {
 115             std::fprintf(file, "%d %lud\n", count, i);
 116             for (size_t j {0}; j < matrixes[i].size(); j++) {
 117                 for (size_t f {0}; f < matrixes[i][j].size(); f++) {
 118                     std::fprintf(file, "%.4f ", matrixes[i][j][f]); //~16
 119                 }
 120                 std::fprintf(file, "\n");
 121             }
 122         }
 123         std::fclose(file);
 124       }
 125     if (rwMode == 0) {
 126         file = std::fopen((outputName + "-matrixData").c_str(), "r+");
 127         matrixes.resize(0);
 128         matrixes.resize(static_cast< unsigned int >(tau + 1));
 129         for (size_t i {0}; i < static_cast< size_t >(tau + 1); i++) {
 130             int t0, t1, t2 = std::fscanf(file, "%d %d\n", &t0, &t1);
 131             matrixes[i].resize(0);
 132             matrixes[i].resize(index.size());
 133             for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 134                 matrixes[i][j].resize(index.size());
 135                 for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 136                     t2 = std::fscanf(file, "%lf ", &matrixes[i][j][k]);
 137                 }
 138             }
 139         }
 140     }
 141 }
 142
 143 inline void correlationType::trajectoryFitting() {
 144     std::vector< std::vector< std::pair< size_t, size_t > > > pairs;
 145     pairs.resize(0);
 146     pairs.resize(selections.front().size());
 147     for (size_t i {0}; i < selections.front().size(); i++) {
 148         pairs[i].resize(0);
 149         for (size_t j {0}; j < selections.front()[i].size(); j++) {
 150             pairs[i].push_back(std::make_pair(selections.front()[i][j], selections.front()[i][j]));
 151         }
 152     }
 153     fitTrajectory.resize(0);
 154     fitTrajectory.resize(selections.front().size(), trajectory);
 155     #pragma omp parallel for schedule(dynamic) firstprivate(reference)
 156     for (size_t i = 0; i < selections.front().size(); i++) {
 157         for (size_t j {0}; j < fitTrajectory[i].size(); j++) {
 158             MyFitNew(reference, fitTrajectory[i][j], pairs[i], 0);
 159         }
 160     }
 161     #pragma omp barrier
 162     for (size_t i {0}; i < selections.front().size(); i++) {
 163         for (size_t j {0}; j < selections.front()[i].size(); j++) {
 164             for (size_t k {0}; k < fitTrajectory[i].size(); k++) {
 165                 trajectory[k][selections.front()[i][j]] = fitTrajectory[i][k][selections.front()[i][j]];
 166             }
 167         }
 168     }
 169 }
 170
 171 inline void correlationType::matrixNullFitting() {
 172     matrixes.resize(0);
 173     matrixes.resize(static_cast< size_t >(tau + 1));
 174     for (auto &i : matrixes) {
 175         i.resize(0);
 176         i.resize(index.size());
 177         for (auto &j : i) {
 178             j.resize(0);
 179             j.resize(index.size());
 180             for (auto &k : j) {
 181                 k = 0.;
 182             }
 183         }
 184     }
 185 }
 186
 187 void correlationType::correlationEval() {
 188     trajectoryFitting();
 189     matrixNullFitting();
 190     std::vector< std::vector< double > > a, b, c;
 191     std::vector< double > d;
 192     d.resize(index.size(), 0.);
 193     #pragma omp parallel for ordered schedule(dynamic) shared(matrixes) firstprivate(trajectory, reference)
 194     for (size_t i = 0; i <= static_cast< size_t >(tau); i++) {
 195         a.resize(0); b.resize(0); c.resize(0);
 196         a.resize(index.size(), d); b.resize(index.size(), d); c.resize(index.size(), d);
 197         for (size_t j {0}; j < static_cast< size_t >(window); j++) {
 198             for (size_t k1 {0}; k1 < index.size(); k1++) {
 199                 for (size_t k2 {0}; k2 < index.size(); k2++) {
 200                     RVec temp1, temp2;
 201                     temp1 = trajectory[j][k1]     - reference[k1];
 202                     temp2 = trajectory[j + i][k2] - reference[k2];
 203                     a[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp1[0]) * static_cast<double>(temp2[0]) +
 204                                     static_cast<double>(temp1[1]) * static_cast<double>(temp2[1]) +
 205                                     static_cast<double>(temp1[2]) * static_cast<double>(temp2[2]));
 206                     b[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp1[0]) * static_cast<double>(temp1[0]) +
 207                                     static_cast<double>(temp1[1]) * static_cast<double>(temp1[1]) +
 208                                     static_cast<double>(temp1[2]) * static_cast<double>(temp1[2]));
 209                     c[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp2[0]) * static_cast<double>(temp2[0]) +
 210                                     static_cast<double>(temp2[1]) * static_cast<double>(temp2[1]) +
 211                                     static_cast<double>(temp2[2]) * static_cast<double>(temp2[2]));
 212                 }
 213             }
 214         }
 215         for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 216             for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 217                 matrixes[i][j][k] = a[j][k] / (std::sqrt(b[j][k] * c[j][k]));
 218             }
 219         }
 220     }
 221     #pragma omp barrier
 222     for (size_t i {0}; i < matrixes.size(); i++) {
 223         for (size_t j {0}; j < matrixes[i].size(); j++) {
 224             for (size_t k {0}; k < matrixes[i][j].size(); k++) {
 225                 matrixes[i][j][k] = std::round(matrixes[i][j][k] * 10000) / 10000;
 226             }
 227         }
 228     }
 229     readWriteCorrelations(1);
 230     count++;
 231 }
 232
 233 void correlationType::graphCalculations(size_t tauStart, size_t tauEnd) {
 234     graph.resize(0);
 235     graph.resize(index.size());
 236     subGraphPoints.resize(0);
 237     subGraphRbr.resize(0);
 238     for (size_t i {0}; i < index.size(); i++) {
 239         graph[i].resize(index.size(), std::make_pair(0, -1));
 240     }
 241     RVec temp;
 242     for (size_t i {tauStart}; i <= tauEnd; i++) {
 243         for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 244             for (size_t k {j}; k < index.size(); k++) {
 245                 temp = reference[j] - reference[k];
 246                 if (double tempIf {std::max(std::abs(matrixes[i][j][k]), std::abs(matrixes[i][k][j]))}; (tempIf >= static_cast< double >(crlUpBorder)) &&
 247                     (static_cast< float >(norm(temp)) <= effRadius) && (std::abs(graph[j][k].first) < tempIf)) {
 248                     graph[j][k].first = tempIf;
 249                     graph[j][k].second = static_cast< int >(i);
 250                 }
 251             }
 252         }
 253     }
 254     std::vector< bool > graph_flags;
 255     graph_flags.resize(0);
 256     graph_flags.resize(index.size(), true);
 257     std::vector< size_t > a;
 258     std::vector< std::pair< size_t, size_t > > b;
 259     a.resize(0);
 260     b.resize(0);
 261     std::vector< size_t > width1, width2, tempSubGraph;
 262     for (size_t i {0}; i < index.size(); i++) {
 263         if (graph_flags[i]) {
 264             subGraphPoints.push_back(a);
 265             subGraphRbr.push_back(b);
 266             width1.resize(0);
 267             width2.resize(0);
 268             tempSubGraph.resize(0);
 269             width1.push_back(i);
 270             tempSubGraph.push_back(i);
 271             graph_flags[i] = false;
 272             while(width1.size() > 0) {
 273                 width2.resize(0);
 274                 for (size_t j {0}; j < width1.size(); j++) {
 275                     for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 276                         if ((graph[width1[j]][k].second > -1) && graph_flags[k]) {
 277                             width2.push_back(k);
 278                             graph_flags[k] = false;
 279                         }
 280                     }
 281                 }
 282                 width1 = width2;
 283                 for (size_t j {0}; j < width2.size(); j++) {
 284                     tempSubGraph.push_back(width2[j]);
 285                 }
 286             }
 287             subGraphPoints.back() = tempSubGraph;
 288             for (size_t j {0}; j < tempSubGraph.size(); j++) {
 289                 for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 290                     if (graph[tempSubGraph[j]][k].second > -1) {
 291                         subGraphRbr.back().push_back(std::make_pair(tempSubGraph[j], k));
 292                     }
 293                 }
 294             }
 295         }
 296     }
 297 }
 298
 299 bool correlationType::myComparisonFunction (const std::pair< int, double > i, const std::pair< int, double > j) {
 300     return i.second < j.second;
 301 }
 302
 303 void correlationType::graphBackBoneEvaluation() {
 304     std::vector< double >                       key;
 305     std::vector< long >                         path;
 306     std::vector< std::pair< size_t, double > >  que;
 307     std::vector< std::pair< size_t, size_t > >  a;
 308     size_t                                      v;
 309     a.resize(0);
 310     subGraphRouts.back().resize(0);
 311     for (size_t i {0}; i < subGraphPoints.size(); i++) {
 312         key.resize(0);
 313         path.resize(0);
 314         que.resize(0);
 315         v = 0;
 316         if (subGraphPoints[i].size() > 2) {
 317             key.resize(index.size(), 2);
 318             path.resize(index.size(), -1);
 319             key[subGraphPoints[i][0]] = 0;
 320             for (size_t j {0}; j < subGraphPoints[i].size(); j++) {
 321                 que.push_back(std::make_pair(subGraphPoints[i][j], key[subGraphPoints[i][j]]));
 322             }
 323             std::sort(que.begin(), que.end(), myComparisonFunction);
 324             while (!que.empty()) {
 325                 v = que.front().first;
 326                 que.erase(que.begin());
 327                 for (size_t j {0}; j < subGraphRbr[i].size(); j++) {
 328                     long u {-1};
 329                     if (subGraphRbr[i][j].first == v) {
 330                         u = subGraphRbr[i][j].second;
 331                     } else if (subGraphRbr[i][j].second == v) {
 332                         u = subGraphRbr[i][j].first;
 333                     }
 334                     bool flag {false};
 335                     size_t pos {0};
 336                     for (size_t k {0}; k < que.size(); k++) {
 337                         if (que[k].first == u) {
 338                             flag = true;
 339                             pos = k;
 340                             k = que.size() + 1;
 341                         }
 342                     }
 343                     if (double tempIf {1. - std::abs(graph[v][static_cast< size_t >(u)].first)};
 344                             flag && (key[static_cast< size_t >(u)] > tempIf)) {
 345                         path[static_cast< size_t >(u)] = v;
 346                         key[static_cast< size_t >(u)] = tempIf;
 347                         que[pos].second = key[static_cast< size_t >(u)];
 348                         sort(que.begin(), que.end(), myComparisonFunction);
 349                     }
 350                 }
 351             }
 352             subGraphRouts.back().push_back(a);
 353             for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 354                 if (path[j] != -1) {
 355                     subGraphRouts.back().back().push_back(std::make_pair(path[j], j));
 356                 }
 357             }
 358         }
 359     }
 360 }
 361
 362 void correlationType::printOutputData() {
 363     FILE *file {std::fopen((outputName + "-arrowsData.txt").c_str(), "w+")};
 364     size_t same, pre {0};
 365     std::vector< std::tuple< int, int, std::vector< int > > > table;
 366     table.resize(0);
 367     std::vector< int > a;
 368     for (size_t i {0}; i < subGraphRouts.size(); i++) {
 369         same = i;
 370         for (size_t j {i + 1}; j < subGraphRouts.size(); j++) {
 371             if (subGraphRouts[j] == subGraphRouts[i]) {
 372                 same = j;
 373             } else {
 374                 break;
 375             }
 376         }
 377         if (i == same) {
 378             std::fprintf(file, "\n Starting time point = %d | correlations >= %0.2f | tau = %d | window = %d\n\n", static_cast< int >(i) * tauStep, static_cast< double >(crlUpBorder), tau, window);
 379         } else {
 380             std::fprintf(file, "\n Starting time point = [%d ; %d] | correlations >= %0.2f | tau = %d | window = %d\n\n", static_cast< int >(i) * tauStep, static_cast< int >(same) * tauStep, static_cast< double >(crlUpBorder), tau, window);
 381         }
 382         for (size_t j {0}; j < subGraphRouts[i].size(); j++) {
 383             for (size_t k {0}; k < subGraphRouts[i][j].size(); k++) {
 384                 std::fprintf(file, "cgo_arrow (id %3d), (id %3d), radius=0.05\n", index[subGraphRouts[i][j][k].first] + 1, index[subGraphRouts[i][j][k].second] + 1);
 385             }
 386             std::fprintf(file, "\n");
 387         }
 388         table.resize(0);
 389         for (auto &j : subGraphRouts[i]) {
 390             for (auto &k : j) {
 391                 bool flag1 {true}, flag2 {true};
 392                 for (size_t m {0}; m < table.size(); m++) {
 393                     if (std::get<0>(table[m]) == index[k.first]) {
 394                         std::get<1>(table[m])++;
 395                         std::get<2>(table[m]).push_back(index[k.second]);
 396                         flag1 = false;
 397                     }
 398                     if (std::get<0>(table[m]) == index[k.second]) {
 399                         std::get<1>(table[m])++;
 400                         std::get<2>(table[m]).push_back(index[k.first]);
 401                         flag2 = false;
 402                     }
 403                 }
 404                 if (flag1) {
 405                     a.resize(0);
 406                     a.push_back(index[k.second]);
 407                     table.push_back(std::make_tuple(index[k.first], 1, a));
 408                 }
 409                 if (flag2) {
 410                     a.resize(0);
 411                     a.push_back(index[k.first]);
 412                     table.push_back(std::make_tuple(index[k.second], 1, a));
 413                 }
 414             }
 415         }
 416         for (size_t j {0}; j < table.size(); j++) {
 417             std::fprintf(file, "residue %s connections %d | ", (resNames[static_cast< size_t >(std::find(index.begin(), index.end(), std::get<0>(table[j])) - index.begin())]).c_str(), std::get<1>(table[j]));
 418             for (size_t k {0}; k < std::get<2>(table[j]).size(); k++) {
 419                 std::fprintf(file, "%s ", (resNames[static_cast< size_t >(std::find(index.begin(), index.end(), std::get<2>(table[j])[k]) - index.begin())]).c_str());
 420             }
 421             std::fprintf(file, "\n");
 422         }
 423         if (pre != 0) {
 424             std::vector< std::vector< std::pair< size_t, size_t > > > temp01, temp02;
 425             std::vector< std::pair< size_t, size_t > > temp03, temp04, temp05;
 426             temp01 = subGraphRouts[pre];
 427             temp02 = subGraphRouts[same];
 428             temp03.resize(0);
 429             temp04.resize(0);
 430             temp05.resize(0);
 431             for (auto &j : temp01) {
 432                 for (auto &k : j) {
 433                     temp03.push_back(k);
 434                 }
 435             }
 436             for (auto &j : temp02) {
 437                 for (auto &k : j) {
 438                     temp04.push_back(k);
 439                 }
 440             }
 441             std::sort(temp03.begin(), temp03.end());
 442             std::sort(temp04.begin(), temp04.end());
 443             std::set_difference(temp03.begin(), temp03.end(), temp04.begin(), temp04.end(), std::inserter(temp05, temp05.begin()));
 444             std::fprintf(file, "minus:\n");
 445             for (auto &j : temp05) {
 446                 std::fprintf(file, "cgo_arrow (id %3d), (id %3d), radius=0.05\n", index[j.first] + 1, index[j.second] + 1);
 447             }
 448             temp05.resize(0);
 449             std::set_difference(temp04.begin(), temp04.end(), temp03.begin(), temp03.end(), std::inserter(temp05, temp05.begin()));
 450             std::fprintf(file, "plus:\n");
 451             for (auto &j : temp05) {
 452                 std::fprintf(file, "cgo_arrow (id %3d), (id %3d), radius=0.05\n", index[j.first] + 1, index[j.second] + 1);
 453             }
 454         }
 455         pre = same;
 456         i = same;
 457     }
 458     std::fclose(file);
 459 }