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     std::cout << "\tola001";
  38     trajectory.push_back(curFrame);
  39     size_t temp = window + tau;
  40     std::cout << "\tola002";
  41     if (trajectory.size() == temp + 1) {
  42         trajectory.erase(trajectory.begin());
  43     }
  44     std::cout << "\tola003";
  45     if (mode == 1) {
  46         std::cout << "\tola004";
  47         if ((frameNum - temp + 1) % tauStep == 0) {
  48             correlationEval();
  49             selections.erase(selections.begin());
  50             std::cout << "ola005" << std::endl;
  51         }
  52     }
  53     std::cout << "\tola006";
  54 }
  55
  56 void correlationType::readEval() {
  57     std::cout << "ola005" << std::endl;
  58     if (mode == 0) {
  59         readWriteCorrelations(0);
  60         subGraphRouts.resize(subGraphRouts.size() + 1);
  61         std::cout << "ola006" << std::endl;
  62         graphCalculations(1, static_cast< size_t >(tau));
  63         std::cout << "ola007" << std::endl;
  64         graphBackBoneEvaluation();
  65         std::cout << "ola008" << std::endl;
  66     }
  67 }
  68
  69 void correlationType::printData() {
  70     printOutputData();
  71 }
  72
  73 void correlationType::trajectoryPartition() {
  74     std::vector< bool > temp1;
  75     std::pair< size_t, size_t > temp2;
  76     float temp3;
  77     std::vector< std::vector < std::vector < size_t > > > selectionsTemp;
  78     selectionsTemp.resize(selections.size());
  79     for (size_t i1 {0}; i1 < selections.size(); i1++) {
  80         selectionsTemp[i1].resize(selections[i1].size());
  81         for (size_t i2 {0}; i2 < selections[i1].size(); i2++) {
  82             selectionsTemp[i1][i2].resize(0);
  83             for (size_t i3 {0}; i3 < selections[i1][i2].size(); i3++) {
  84                 for (size_t i4 {0}; i4 < index.size(); i4++) {
  85                     if (selections[i1][i2][i3] == index[i4]) {
  86                         selectionsTemp[i1][i2].push_back(i4);
  87                         break;
  88                     }
  89                 }
  90             }
  91         }
  92     }
  93     selections = selectionsTemp;
  94     for (auto &k : selections) {
  95         temp1.resize(0);
  96         temp1.resize(index.size(), true);
  97         for (auto &i : k) {
  98             for (auto &j : i) {
  99                 temp1[j] = false;
 100             }
 101         }
 102         for (size_t i {0}; i < temp1.size(); i++) {
 103             if (temp1[i]) {
 104                 temp3 = std::numeric_limits<float>::max();
 105                 for (size_t f {0}; f < k.size(); f++) {
 106                     for (size_t j {0}; j < k[f].size(); j++) {
 107                         if (float temp4 {(reference[k[f][j]] - reference[i]).norm()}; temp3 > temp4) {
 108                             temp3 = temp4;
 109                             temp2 = std::make_pair(f, j);
 110                         }
 111                     }
 112                 }
 113                 k[temp2.first].push_back(i);
 114             }
 115         }
 116     }
 117 }
 118
 119 void correlationType::readWriteCorrelations(int rwMode) {
 120     FILE *file;
 121     if (rwMode == 1) {
 122         file = std::fopen((outputName + "-matrixData").c_str(), "a");
 123         for (size_t i {0}; i < matrixes.size(); i++) {
 124             std::fprintf(file, "%d %lud\n", count, i);
 125             for (size_t j {0}; j < matrixes[i].size(); j++) {
 126                 for (size_t f {0}; f < matrixes[i][j].size(); f++) {
 127                     std::fprintf(file, "%.4f ", matrixes[i][j][f]); //~16
 128                 }
 129                 std::fprintf(file, "\n");
 130             }
 131         }
 132         std::fclose(file);
 133       }
 134     if (rwMode == 0) {
 135         file = std::fopen((outputName + "-matrixData").c_str(), "r+");
 136         matrixes.resize(0);
 137         matrixes.resize(static_cast< unsigned int >(tau + 1));
 138         for (size_t i {0}; i < static_cast< size_t >(tau + 1); i++) {
 139             int t0, t1, t2 = std::fscanf(file, "%d %d\n", &t0, &t1);
 140             matrixes[i].resize(0);
 141             matrixes[i].resize(index.size());
 142             for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 143                 matrixes[i][j].resize(index.size());
 144                 for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 145                     t2 = std::fscanf(file, "%lf ", &matrixes[i][j][k]);
 146                 }
 147             }
 148         }
 149     }
 150 }
 151
 152 inline void correlationType::trajectoryFitting() {
 153     std::vector< std::vector< std::pair< size_t, size_t > > > pairs;
 154     pairs.resize(0);
 155     pairs.resize(selections.front().size());
 156     for (size_t i {0}; i < selections.front().size(); i++) {
 157         pairs[i].resize(0);
 158         for (size_t j {0}; j < selections.front()[i].size(); j++) {
 159             pairs[i].push_back(std::make_pair(selections.front()[i][j], selections.front()[i][j]));
 160         }
 161     }
 162     fitTrajectory.resize(0);
 163     fitTrajectory.resize(selections.front().size(), trajectory);
 164     #pragma omp parallel for schedule(dynamic) firstprivate(reference)
 165     for (size_t i = 0; i < selections.front().size(); i++) {
 166         for (size_t j {0}; j < fitTrajectory[i].size(); j++) {
 167             MyFitNew(reference, fitTrajectory[i][j], pairs[i], 0);
 168         }
 169     }
 170     #pragma omp barrier
 171     for (size_t i {0}; i < selections.front().size(); i++) {
 172         for (size_t j {0}; j < selections.front()[i].size(); j++) {
 173             for (size_t k {0}; k < fitTrajectory[i].size(); k++) {
 174                 trajectory[k][selections.front()[i][j]] = fitTrajectory[i][k][selections.front()[i][j]];
 175             }
 176         }
 177     }
 178 }
 179
 180 inline void correlationType::matrixNullFitting() {
 181     matrixes.resize(0);
 182     matrixes.resize(static_cast< size_t >(tau + 1));
 183     for (auto &i : matrixes) {
 184         i.resize(0);
 185         i.resize(index.size());
 186         for (auto &j : i) {
 187             j.resize(0);
 188             j.resize(index.size());
 189             for (auto &k : j) {
 190                 k = 0.;
 191             }
 192         }
 193     }
 194 }
 195
 196 void correlationType::correlationEval() {
 197     trajectoryFitting();
 198     matrixNullFitting();
 199     std::vector< std::vector< double > > a, b, c;
 200     std::vector< double > d;
 201     d.resize(index.size(), 0.);
 202     #pragma omp parallel for ordered schedule(dynamic) shared(matrixes) firstprivate(trajectory, reference)
 203     for (size_t i = 0; i <= static_cast< size_t >(tau); i++) {
 204         a.resize(0); b.resize(0); c.resize(0);
 205         a.resize(index.size(), d); b.resize(index.size(), d); c.resize(index.size(), d);
 206         for (size_t j {0}; j < static_cast< size_t >(window); j++) {
 207             for (size_t k1 {0}; k1 < index.size(); k1++) {
 208                 for (size_t k2 {0}; k2 < index.size(); k2++) {
 209                     RVec temp1, temp2;
 210                     temp1 = trajectory[j][k1]     - reference[k1];
 211                     temp2 = trajectory[j + i][k2] - reference[k2];
 212                     a[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp1[0]) * static_cast<double>(temp2[0]) +
 213                                     static_cast<double>(temp1[1]) * static_cast<double>(temp2[1]) +
 214                                     static_cast<double>(temp1[2]) * static_cast<double>(temp2[2]));
 215                     b[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp1[0]) * static_cast<double>(temp1[0]) +
 216                                     static_cast<double>(temp1[1]) * static_cast<double>(temp1[1]) +
 217                                     static_cast<double>(temp1[2]) * static_cast<double>(temp1[2]));
 218                     c[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp2[0]) * static_cast<double>(temp2[0]) +
 219                                     static_cast<double>(temp2[1]) * static_cast<double>(temp2[1]) +
 220                                     static_cast<double>(temp2[2]) * static_cast<double>(temp2[2]));
 221                 }
 222             }
 223         }
 224         for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 225             for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 226                 matrixes[i][j][k] = a[j][k] / (std::sqrt(b[j][k] * c[j][k]));
 227             }
 228         }
 229     }
 230     #pragma omp barrier
 231     for (size_t i {0}; i < matrixes.size(); i++) {
 232         for (size_t j {0}; j < matrixes[i].size(); j++) {
 233             for (size_t k {0}; k < matrixes[i][j].size(); k++) {
 234                 matrixes[i][j][k] = std::round(matrixes[i][j][k] * 10000) / 10000;
 235             }
 236         }
 237     }
 238     readWriteCorrelations(1);
 239     count++;
 240 }
 241
 242 void correlationType::graphCalculations(size_t tauStart, size_t tauEnd) {
 243     graph.resize(0);
 244     graph.resize(index.size());
 245     subGraphPoints.resize(0);
 246     subGraphRbr.resize(0);
 247     for (size_t i {0}; i < index.size(); i++) {
 248         graph[i].resize(index.size(), std::make_pair(0, -1));
 249     }
 250     RVec temp;
 251     for (size_t i {tauStart}; i <= tauEnd; i++) {
 252         for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 253             for (size_t k {j}; k < index.size(); k++) {
 254                 temp = reference[j] - reference[k];
 255                 if (double tempIf {std::max(std::abs(matrixes[i][j][k]), std::abs(matrixes[i][k][j]))}; (tempIf >= static_cast< double >(crlUpBorder)) &&
 256                     (static_cast< float >(norm(temp)) <= effRadius) && (std::abs(graph[j][k].first) < tempIf)) {
 257                     graph[j][k].first = tempIf;
 258                     graph[j][k].second = static_cast< int >(i);
 259                 }
 260             }
 261         }
 262     }
 263     std::vector< bool > graph_flags;
 264     graph_flags.resize(0);
 265     graph_flags.resize(index.size(), true);
 266     std::vector< size_t > a;
 267     std::vector< std::pair< size_t, size_t > > b;
 268     a.resize(0);
 269     b.resize(0);
 270     std::vector< size_t > width1, width2, tempSubGraph;
 271     for (size_t i {0}; i < index.size(); i++) {
 272         if (graph_flags[i]) {
 273             subGraphPoints.push_back(a);
 274             subGraphRbr.push_back(b);
 275             width1.resize(0);
 276             width2.resize(0);
 277             tempSubGraph.resize(0);
 278             width1.push_back(i);
 279             tempSubGraph.push_back(i);
 280             graph_flags[i] = false;
 281             while(width1.size() > 0) {
 282                 width2.resize(0);
 283                 for (size_t j {0}; j < width1.size(); j++) {
 284                     for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 285                         if ((graph[width1[j]][k].second > -1) && graph_flags[k]) {
 286                             width2.push_back(k);
 287                             graph_flags[k] = false;
 288                         }
 289                     }
 290                 }
 291                 width1 = width2;
 292                 for (size_t j {0}; j < width2.size(); j++) {
 293                     tempSubGraph.push_back(width2[j]);
 294                 }
 295             }
 296             subGraphPoints.back() = tempSubGraph;
 297             for (size_t j {0}; j < tempSubGraph.size(); j++) {
 298                 for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 299                     if (graph[tempSubGraph[j]][k].second > -1) {
 300                         subGraphRbr.back().push_back(std::make_pair(tempSubGraph[j], k));
 301                     }
 302                 }
 303             }
 304         }
 305     }
 306 }
 307
 308 bool correlationType::myComparisonFunction (const std::pair< int, double > i, const std::pair< int, double > j) {
 309     return i.second < j.second;
 310 }
 311
 312 void correlationType::graphBackBoneEvaluation() {
 313     std::vector< double >                       key;
 314     std::vector< long >                         path;
 315     std::vector< std::pair< size_t, double > >  que;
 316     std::vector< std::pair< size_t, size_t > >  a;
 317     size_t                                      v;
 318     a.resize(0);
 319     subGraphRouts.back().resize(0);
 320     for (size_t i {0}; i < subGraphPoints.size(); i++) {
 321         key.resize(0);
 322         path.resize(0);
 323         que.resize(0);
 324         v = 0;
 325         if (subGraphPoints[i].size() > 2) {
 326             key.resize(index.size(), 2);
 327             path.resize(index.size(), -1);
 328             key[subGraphPoints[i][0]] = 0;
 329             for (size_t j {0}; j < subGraphPoints[i].size(); j++) {
 330                 que.push_back(std::make_pair(subGraphPoints[i][j], key[subGraphPoints[i][j]]));
 331             }
 332             std::sort(que.begin(), que.end(), myComparisonFunction);
 333             while (!que.empty()) {
 334                 v = que.front().first;
 335                 que.erase(que.begin());
 336                 for (size_t j {0}; j < subGraphRbr[i].size(); j++) {
 337                     long u {-1};
 338                     if (subGraphRbr[i][j].first == v) {
 339                         u = subGraphRbr[i][j].second;
 340                     } else if (subGraphRbr[i][j].second == v) {
 341                         u = subGraphRbr[i][j].first;
 342                     }
 343                     bool flag {false};
 344                     size_t pos {0};
 345                     for (size_t k {0}; k < que.size(); k++) {
 346                         if (que[k].first == u) {
 347                             flag = true;
 348                             pos = k;
 349                             k = que.size() + 1;
 350                         }
 351                     }
 352                     if (double tempIf {1. - std::abs(graph[v][static_cast< size_t >(u)].first)};
 353                             flag && (key[static_cast< size_t >(u)] > tempIf)) {
 354                         path[static_cast< size_t >(u)] = v;
 355                         key[static_cast< size_t >(u)] = tempIf;
 356                         que[pos].second = key[static_cast< size_t >(u)];
 357                         sort(que.begin(), que.end(), myComparisonFunction);
 358                     }
 359                 }
 360             }
 361             subGraphRouts.back().push_back(a);
 362             for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 363                 if (path[j] != -1) {
 364                     subGraphRouts.back().back().push_back(std::make_pair(path[j], j));
 365                 }
 366             }
 367         }
 368     }
 369 }
 370
 371 void correlationType::printOutputData() {
 372     FILE *file {std::fopen((outputName + "-arrowsData.txt").c_str(), "w+")};
 373     size_t same, pre {0};
 374     std::vector< std::tuple< int, int, std::vector< int > > > table;
 375     table.resize(0);
 376     std::vector< int > a;
 377     for (size_t i {0}; i < subGraphRouts.size(); i++) {
 378         same = i;
 379         for (size_t j {i + 1}; j < subGraphRouts.size(); j++) {
 380             if (subGraphRouts[j] == subGraphRouts[i]) {
 381                 same = j;
 382             } else {
 383                 break;
 384             }
 385         }
 386         if (i == same) {
 387             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);
 388         } else {
 389             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);
 390         }
 391         for (size_t j {0}; j < subGraphRouts[i].size(); j++) {
 392             for (size_t k {0}; k < subGraphRouts[i][j].size(); k++) {
 393                 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);
 394             }
 395             std::fprintf(file, "\n");
 396         }
 397         table.resize(0);
 398         for (auto &j : subGraphRouts[i]) {
 399             for (auto &k : j) {
 400                 bool flag1 {true}, flag2 {true};
 401                 for (size_t m {0}; m < table.size(); m++) {
 402                     if (std::get<0>(table[m]) == index[k.first]) {
 403                         std::get<1>(table[m])++;
 404                         std::get<2>(table[m]).push_back(index[k.second]);
 405                         flag1 = false;
 406                     }
 407                     if (std::get<0>(table[m]) == index[k.second]) {
 408                         std::get<1>(table[m])++;
 409                         std::get<2>(table[m]).push_back(index[k.first]);
 410                         flag2 = false;
 411                     }
 412                 }
 413                 if (flag1) {
 414                     a.resize(0);
 415                     a.push_back(index[k.second]);
 416                     table.push_back(std::make_tuple(index[k.first], 1, a));
 417                 }
 418                 if (flag2) {
 419                     a.resize(0);
 420                     a.push_back(index[k.first]);
 421                     table.push_back(std::make_tuple(index[k.second], 1, a));
 422                 }
 423             }
 424         }
 425         for (size_t j {0}; j < table.size(); j++) {
 426             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]));
 427             for (size_t k {0}; k < std::get<2>(table[j]).size(); k++) {
 428                 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());
 429             }
 430             std::fprintf(file, "\n");
 431         }
 432         if (pre != 0) {
 433             std::vector< std::vector< std::pair< size_t, size_t > > > temp01, temp02;
 434             std::vector< std::pair< size_t, size_t > > temp03, temp04, temp05;
 435             temp01 = subGraphRouts[pre];
 436             temp02 = subGraphRouts[same];
 437             temp03.resize(0);
 438             temp04.resize(0);
 439             temp05.resize(0);
 440             for (auto &j : temp01) {
 441                 for (auto &k : j) {
 442                     temp03.push_back(k);
 443                 }
 444             }
 445             for (auto &j : temp02) {
 446                 for (auto &k : j) {
 447                     temp04.push_back(k);
 448                 }
 449             }
 450             std::sort(temp03.begin(), temp03.end());
 451             std::sort(temp04.begin(), temp04.end());
 452             std::set_difference(temp03.begin(), temp03.end(), temp04.begin(), temp04.end(), std::inserter(temp05, temp05.begin()));
 453             std::fprintf(file, "minus:\n");
 454             for (auto &j : temp05) {
 455                 std::fprintf(file, "cgo_arrow (id %3d), (id %3d), radius=0.05\n", index[j.first] + 1, index[j.second] + 1);
 456             }
 457             temp05.resize(0);
 458             std::set_difference(temp04.begin(), temp04.end(), temp03.begin(), temp03.end(), std::inserter(temp05, temp05.begin()));
 459             std::fprintf(file, "plus:\n");
 460             for (auto &j : temp05) {
 461                 std::fprintf(file, "cgo_arrow (id %3d), (id %3d), radius=0.05\n", index[j.first] + 1, index[j.second] + 1);
 462             }
 463         }
 464         pre = same;
 465         i = same;
 466     }
 467     std::fclose(file);
 468 }