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) % tauStep == 0) {
  44             correlationEval();
  45             selections.erase(selections.begin());
  46             std::cout << "ola004" << std::endl;
  47         }
  48     }
  49 }
  50
  51 void correlationType::readEval() {
  52     std::cout << "ola005" << std::endl;
  53     if (mode == 0) {
  54         readWriteCorrelations(0);
  55         subGraphRouts.resize(subGraphRouts.size() + 1);
  56         std::cout << "ola006" << std::endl;
  57         graphCalculations(1, static_cast< size_t >(tau));
  58         std::cout << "ola007" << std::endl;
  59         graphBackBoneEvaluation();
  60         std::cout << "ola008" << std::endl;
  61     }
  62 }
  63
  64 void correlationType::printData() {
  65     printOutputData();
  66 }
  67
  68 void correlationType::trajectoryPartition() {
  69     std::vector< bool > temp1;
  70     std::pair< size_t, size_t > temp2;
  71     float temp3;
  72     std::vector< std::vector < std::vector < size_t > > > selectionsTemp;
  73     selectionsTemp.resize(selections.size());
  74     for (size_t i1 {0}; i1 < selections.size(); i1++) {
  75         selectionsTemp[i1].resize(selections[i1].size());
  76         for (size_t i2 {0}; i2 < selections[i1].size(); i2++) {
  77             selectionsTemp[i1][i2].resize(0);
  78             for (size_t i3 {0}; i3 < selections[i1][i2].size(); i3++) {
  79                 for (size_t i4 {0}; i4 < index.size(); i4++) {
  80                     if (selections[i1][i2][i3] == index[i4]) {
  81                         selectionsTemp[i1][i2].push_back(i4);
  82                         break;
  83                     }
  84                 }
  85             }
  86         }
  87     }
  88     selections = selectionsTemp;
  89     for (auto &k : selections) {
  90         temp1.resize(0);
  91         temp1.resize(index.size(), true);
  92         for (auto &i : k) {
  93             for (auto &j : i) {
  94                 temp1[j] = false;
  95             }
  96         }
  97         for (size_t i {0}; i < temp1.size(); i++) {
  98             if (temp1[i]) {
  99                 temp3 = std::numeric_limits<float>::max();
 100                 for (size_t f {0}; f < k.size(); f++) {
 101                     for (size_t j {0}; j < k[f].size(); j++) {
 102                         if (float temp4 {(reference[k[f][j]] - reference[i]).norm()}; temp3 > temp4) {
 103                             temp3 = temp4;
 104                             temp2 = std::make_pair(f, j);
 105                         }
 106                     }
 107                 }
 108                 k[temp2.first].push_back(i);
 109             }
 110         }
 111     }
 112 }
 113
 114 void correlationType::readWriteCorrelations(int rwMode) {
 115     FILE *file;
 116     if (rwMode == 1) {
 117         file = std::fopen((outputName + "-matrixData").c_str(), "a");
 118         for (size_t i {0}; i < matrixes.size(); i++) {
 119             std::fprintf(file, "%d %lud\n", count, i);
 120             for (size_t j {0}; j < matrixes[i].size(); j++) {
 121                 for (size_t f {0}; f < matrixes[i][j].size(); f++) {
 122                     std::fprintf(file, "%.4f ", matrixes[i][j][f]); //~16
 123                 }
 124                 std::fprintf(file, "\n");
 125             }
 126         }
 127         std::fclose(file);
 128       }
 129     if (rwMode == 0) {
 130         file = std::fopen((outputName + "-matrixData").c_str(), "r+");
 131         matrixes.resize(0);
 132         matrixes.resize(static_cast< unsigned int >(tau + 1));
 133         for (size_t i {0}; i < static_cast< size_t >(tau + 1); i++) {
 134             int t0, t1, t2 = std::fscanf(file, "%d %d\n", &t0, &t1);
 135             matrixes[i].resize(0);
 136             matrixes[i].resize(index.size());
 137             for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 138                 matrixes[i][j].resize(index.size());
 139                 for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 140                     t2 = std::fscanf(file, "%lf ", &matrixes[i][j][k]);
 141                 }
 142             }
 143         }
 144     }
 145 }
 146
 147 inline void correlationType::trajectoryFitting() {
 148     std::vector< std::vector< std::pair< size_t, size_t > > > pairs;
 149     pairs.resize(0);
 150     pairs.resize(selections.front().size());
 151     for (size_t i {0}; i < selections.front().size(); i++) {
 152         pairs[i].resize(0);
 153         for (size_t j {0}; j < selections.front()[i].size(); j++) {
 154             pairs[i].push_back(std::make_pair(selections.front()[i][j], selections.front()[i][j]));
 155         }
 156     }
 157     fitTrajectory.resize(0);
 158     fitTrajectory.resize(selections.front().size(), trajectory);
 159     #pragma omp parallel for schedule(dynamic) firstprivate(reference)
 160     for (size_t i = 0; i < selections.front().size(); i++) {
 161         for (size_t j {0}; j < fitTrajectory[i].size(); j++) {
 162             MyFitNew(reference, fitTrajectory[i][j], pairs[i], 0);
 163         }
 164     }
 165     #pragma omp barrier
 166     for (size_t i {0}; i < selections.front().size(); i++) {
 167         for (size_t j {0}; j < selections.front()[i].size(); j++) {
 168             for (size_t k {0}; k < fitTrajectory[i].size(); k++) {
 169                 trajectory[k][selections.front()[i][j]] = fitTrajectory[i][k][selections.front()[i][j]];
 170             }
 171         }
 172     }
 173 }
 174
 175 inline void correlationType::matrixNullFitting() {
 176     matrixes.resize(0);
 177     matrixes.resize(static_cast< size_t >(tau + 1));
 178     for (auto &i : matrixes) {
 179         i.resize(0);
 180         i.resize(index.size());
 181         for (auto &j : i) {
 182             j.resize(0);
 183             j.resize(index.size());
 184             for (auto &k : j) {
 185                 k = 0.;
 186             }
 187         }
 188     }
 189 }
 190
 191 void correlationType::correlationEval() {
 192     trajectoryFitting();
 193     matrixNullFitting();
 194     std::vector< std::vector< double > > a, b, c;
 195     std::vector< double > d;
 196     d.resize(index.size(), 0.);
 197     #pragma omp parallel for ordered schedule(dynamic) shared(matrixes) firstprivate(trajectory, reference)
 198     for (size_t i = 0; i <= static_cast< size_t >(tau); i++) {
 199         a.resize(0); b.resize(0); c.resize(0);
 200         a.resize(index.size(), d); b.resize(index.size(), d); c.resize(index.size(), d);
 201         for (size_t j {0}; j < static_cast< size_t >(window); j++) {
 202             for (size_t k1 {0}; k1 < index.size(); k1++) {
 203                 for (size_t k2 {0}; k2 < index.size(); k2++) {
 204                     RVec temp1, temp2;
 205                     temp1 = trajectory[j][k1]     - reference[k1];
 206                     temp2 = trajectory[j + i][k2] - reference[k2];
 207                     a[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp1[0]) * static_cast<double>(temp2[0]) +
 208                                     static_cast<double>(temp1[1]) * static_cast<double>(temp2[1]) +
 209                                     static_cast<double>(temp1[2]) * static_cast<double>(temp2[2]));
 210                     b[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp1[0]) * static_cast<double>(temp1[0]) +
 211                                     static_cast<double>(temp1[1]) * static_cast<double>(temp1[1]) +
 212                                     static_cast<double>(temp1[2]) * static_cast<double>(temp1[2]));
 213                     c[k1][k2] +=   (static_cast<double>(temp2[0]) * static_cast<double>(temp2[0]) +
 214                                     static_cast<double>(temp2[1]) * static_cast<double>(temp2[1]) +
 215                                     static_cast<double>(temp2[2]) * static_cast<double>(temp2[2]));
 216                 }
 217             }
 218         }
 219         for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 220             for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 221                 matrixes[i][j][k] = a[j][k] / (std::sqrt(b[j][k] * c[j][k]));
 222             }
 223         }
 224     }
 225     #pragma omp barrier
 226     for (size_t i {0}; i < matrixes.size(); i++) {
 227         for (size_t j {0}; j < matrixes[i].size(); j++) {
 228             for (size_t k {0}; k < matrixes[i][j].size(); k++) {
 229                 matrixes[i][j][k] = std::round(matrixes[i][j][k] * 10000) / 10000;
 230             }
 231         }
 232     }
 233     readWriteCorrelations(1);
 234     count++;
 235 }
 236
 237 void correlationType::graphCalculations(size_t tauStart, size_t tauEnd) {
 238     graph.resize(0);
 239     graph.resize(index.size());
 240     subGraphPoints.resize(0);
 241     subGraphRbr.resize(0);
 242     for (size_t i {0}; i < index.size(); i++) {
 243         graph[i].resize(index.size(), std::make_pair(0, -1));
 244     }
 245     RVec temp;
 246     for (size_t i {tauStart}; i <= tauEnd; i++) {
 247         for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 248             for (size_t k {j}; k < index.size(); k++) {
 249                 temp = reference[j] - reference[k];
 250                 if (double tempIf {std::max(std::abs(matrixes[i][j][k]), std::abs(matrixes[i][k][j]))}; (tempIf >= static_cast< double >(crlUpBorder)) &&
 251                     (static_cast< float >(norm(temp)) <= effRadius) && (std::abs(graph[j][k].first) < tempIf)) {
 252                     graph[j][k].first = tempIf;
 253                     graph[j][k].second = static_cast< int >(i);
 254                 }
 255             }
 256         }
 257     }
 258     std::vector< bool > graph_flags;
 259     graph_flags.resize(0);
 260     graph_flags.resize(index.size(), true);
 261     std::vector< size_t > a;
 262     std::vector< std::pair< size_t, size_t > > b;
 263     a.resize(0);
 264     b.resize(0);
 265     std::vector< size_t > width1, width2, tempSubGraph;
 266     for (size_t i {0}; i < index.size(); i++) {
 267         if (graph_flags[i]) {
 268             subGraphPoints.push_back(a);
 269             subGraphRbr.push_back(b);
 270             width1.resize(0);
 271             width2.resize(0);
 272             tempSubGraph.resize(0);
 273             width1.push_back(i);
 274             tempSubGraph.push_back(i);
 275             graph_flags[i] = false;
 276             while(width1.size() > 0) {
 277                 width2.resize(0);
 278                 for (size_t j {0}; j < width1.size(); j++) {
 279                     for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 280                         if ((graph[width1[j]][k].second > -1) && graph_flags[k]) {
 281                             width2.push_back(k);
 282                             graph_flags[k] = false;
 283                         }
 284                     }
 285                 }
 286                 width1 = width2;
 287                 for (size_t j {0}; j < width2.size(); j++) {
 288                     tempSubGraph.push_back(width2[j]);
 289                 }
 290             }
 291             subGraphPoints.back() = tempSubGraph;
 292             for (size_t j {0}; j < tempSubGraph.size(); j++) {
 293                 for (size_t k {0}; k < index.size(); k++) {
 294                     if (graph[tempSubGraph[j]][k].second > -1) {
 295                         subGraphRbr.back().push_back(std::make_pair(tempSubGraph[j], k));
 296                     }
 297                 }
 298             }
 299         }
 300     }
 301 }
 302
 303 bool correlationType::myComparisonFunction (const std::pair< int, double > i, const std::pair< int, double > j) {
 304     return i.second < j.second;
 305 }
 306
 307 void correlationType::graphBackBoneEvaluation() {
 308     std::vector< double >                       key;
 309     std::vector< long >                         path;
 310     std::vector< std::pair< size_t, double > >  que;
 311     std::vector< std::pair< size_t, size_t > >  a;
 312     size_t                                      v;
 313     a.resize(0);
 314     subGraphRouts.back().resize(0);
 315     for (size_t i {0}; i < subGraphPoints.size(); i++) {
 316         key.resize(0);
 317         path.resize(0);
 318         que.resize(0);
 319         v = 0;
 320         if (subGraphPoints[i].size() > 2) {
 321             key.resize(index.size(), 2);
 322             path.resize(index.size(), -1);
 323             key[subGraphPoints[i][0]] = 0;
 324             for (size_t j {0}; j < subGraphPoints[i].size(); j++) {
 325                 que.push_back(std::make_pair(subGraphPoints[i][j], key[subGraphPoints[i][j]]));
 326             }
 327             std::sort(que.begin(), que.end(), myComparisonFunction);
 328             while (!que.empty()) {
 329                 v = que.front().first;
 330                 que.erase(que.begin());
 331                 for (size_t j {0}; j < subGraphRbr[i].size(); j++) {
 332                     long u {-1};
 333                     if (subGraphRbr[i][j].first == v) {
 334                         u = subGraphRbr[i][j].second;
 335                     } else if (subGraphRbr[i][j].second == v) {
 336                         u = subGraphRbr[i][j].first;
 337                     }
 338                     bool flag {false};
 339                     size_t pos {0};
 340                     for (size_t k {0}; k < que.size(); k++) {
 341                         if (que[k].first == u) {
 342                             flag = true;
 343                             pos = k;
 344                             k = que.size() + 1;
 345                         }
 346                     }
 347                     if (double tempIf {1. - std::abs(graph[v][static_cast< size_t >(u)].first)};
 348                             flag && (key[static_cast< size_t >(u)] > tempIf)) {
 349                         path[static_cast< size_t >(u)] = v;
 350                         key[static_cast< size_t >(u)] = tempIf;
 351                         que[pos].second = key[static_cast< size_t >(u)];
 352                         sort(que.begin(), que.end(), myComparisonFunction);
 353                     }
 354                 }
 355             }
 356             subGraphRouts.back().push_back(a);
 357             for (size_t j {0}; j < index.size(); j++) {
 358                 if (path[j] != -1) {
 359                     subGraphRouts.back().back().push_back(std::make_pair(path[j], j));
 360                 }
 361             }
 362         }
 363     }
 364 }
 365
 366 void correlationType::printOutputData() {
 367     FILE *file {std::fopen((outputName + "-arrowsData.txt").c_str(), "w+")};
 368     size_t same, pre {0};
 369     std::vector< std::tuple< int, int, std::vector< int > > > table;
 370     table.resize(0);
 371     std::vector< int > a;
 372     for (size_t i {0}; i < subGraphRouts.size(); i++) {
 373         same = i;
 374         for (size_t j {i + 1}; j < subGraphRouts.size(); j++) {
 375             if (subGraphRouts[j] == subGraphRouts[i]) {
 376                 same = j;
 377             } else {
 378                 break;
 379             }
 380         }
 381         if (i == same) {
 382             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);
 383         } else {
 384             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);
 385         }
 386         for (size_t j {0}; j < subGraphRouts[i].size(); j++) {
 387             for (size_t k {0}; k < subGraphRouts[i][j].size(); k++) {
 388                 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);
 389             }
 390             std::fprintf(file, "\n");
 391         }
 392         table.resize(0);
 393         for (auto &j : subGraphRouts[i]) {
 394             for (auto &k : j) {
 395                 bool flag1 {true}, flag2 {true};
 396                 for (size_t m {0}; m < table.size(); m++) {
 397                     if (std::get<0>(table[m]) == index[k.first]) {
 398                         std::get<1>(table[m])++;
 399                         std::get<2>(table[m]).push_back(index[k.second]);
 400                         flag1 = false;
 401                     }
 402                     if (std::get<0>(table[m]) == index[k.second]) {
 403                         std::get<1>(table[m])++;
 404                         std::get<2>(table[m]).push_back(index[k.first]);
 405                         flag2 = false;
 406                     }
 407                 }
 408                 if (flag1) {
 409                     a.resize(0);
 410                     a.push_back(index[k.second]);
 411                     table.push_back(std::make_tuple(index[k.first], 1, a));
 412                 }
 413                 if (flag2) {
 414                     a.resize(0);
 415                     a.push_back(index[k.first]);
 416                     table.push_back(std::make_tuple(index[k.second], 1, a));
 417                 }
 418             }
 419         }
 420         for (size_t j {0}; j < table.size(); j++) {
 421             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]));
 422             for (size_t k {0}; k < std::get<2>(table[j]).size(); k++) {
 423                 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());
 424             }
 425             std::fprintf(file, "\n");
 426         }
 427         if (pre != 0) {
 428             std::vector< std::vector< std::pair< size_t, size_t > > > temp01, temp02;
 429             std::vector< std::pair< size_t, size_t > > temp03, temp04, temp05;
 430             temp01 = subGraphRouts[pre];
 431             temp02 = subGraphRouts[same];
 432             temp03.resize(0);
 433             temp04.resize(0);
 434             temp05.resize(0);
 435             for (auto &j : temp01) {
 436                 for (auto &k : j) {
 437                     temp03.push_back(k);
 438                 }
 439             }
 440             for (auto &j : temp02) {
 441                 for (auto &k : j) {
 442                     temp04.push_back(k);
 443                 }
 444             }
 445             std::sort(temp03.begin(), temp03.end());
 446             std::sort(temp04.begin(), temp04.end());
 447             std::set_difference(temp03.begin(), temp03.end(), temp04.begin(), temp04.end(), std::inserter(temp05, temp05.begin()));
 448             std::fprintf(file, "minus:\n");
 449             for (auto &j : temp05) {
 450                 std::fprintf(file, "cgo_arrow (id %3d), (id %3d), radius=0.05\n", index[j.first] + 1, index[j.second] + 1);
 451             }
 452             temp05.resize(0);
 453             std::set_difference(temp04.begin(), temp04.end(), temp03.begin(), temp03.end(), std::inserter(temp05, temp05.begin()));
 454             std::fprintf(file, "plus:\n");
 455             for (auto &j : temp05) {
 456                 std::fprintf(file, "cgo_arrow (id %3d), (id %3d), radius=0.05\n", index[j.first] + 1, index[j.second] + 1);
 457             }
 458         }
 459         pre = same;
 460         i = same;
 461     }
 462     std::fclose(file);
 463 }