source: branches/alilink/PARSIMONY/AP_tree_edge.cxx

Last change on this file was 18126, checked in by westram, 5 years ago
  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:keywords set to Author Date Id Revision
File size: 36.8 KB
Line 
1// =============================================================== //
2//                                                                 //
3//   File      : AP_tree_edge.cxx                                  //
4//   Purpose   :                                                   //
5//                                                                 //
6//   Coded by Ralf Westram (coder@reallysoft.de) in Summer 1995    //
7//   Institute of Microbiology (Technical University Munich)       //
8//   http://www.arb-home.de/                                       //
9//                                                                 //
10// =============================================================== //
11
12#include "ap_tree_nlen.hxx"
13#include "ap_main.hxx"
14
15#include <AP_filter.hxx>
16#include <arb_progress.h>
17
18#include <cmath>
19#include <iomanip>
20
21using namespace std;
22
23long AP_tree_edge::timeStamp = 0;
24
25AP_tree_edge::AP_tree_edge(AP_tree_nlen *node1, AP_tree_nlen *node2)
26    : next_in_chain(NULp),
27      used(0),
28      age(timeStamp++),
29      kl_visited(false)
30{
31    node[0] = NULp; // => !is_linked()
32    relink(node1, node2); // link the nodes (initializes 'node' and 'index')
33}
34
35AP_tree_edge::~AP_tree_edge() {
36    if (is_linked()) unlink();
37}
38
39static void buildSonEdges(AP_tree_nlen *node) {
40    /*! Builds edges between a node and his two sons.
41     * We assume there is already an edge to node's father and there are
42     * no edges to his sons.
43     */
44
45    if (!node->is_leaf()) {
46        buildSonEdges(node->get_leftson());
47        buildSonEdges(node->get_rightson());
48
49        // to ensure the nodes contain the correct distance to the border
50        // we MUST build all son edges before creating the father edge
51
52        new AP_tree_edge(node, node->get_leftson());
53        new AP_tree_edge(node, node->get_rightson());
54    }
55}
56
57void AP_tree_edge::initialize(AP_tree_nlen *tree) {
58    /*! Builds all edges in the whole tree.
59     * The root node is skipped - instead his two sons are connected with an edge
60     */
61    while (tree->get_father()) tree = tree->get_father(); // go up to root
62    buildSonEdges(tree->get_leftson());             // link left subtree
63    buildSonEdges(tree->get_rightson());            // link right subtree
64
65    // to ensure the nodes contain the correct distance to the border
66    // we MUST build all son edges before creating the root edge
67
68    new AP_tree_edge(tree->get_leftson(), tree->get_rightson()); // link brothers
69}
70
71void AP_tree_edge::destroy(AP_tree_nlen *tree) {
72    /*! Destroys all edges in the whole tree */
73    AP_tree_edge *edge = tree->nextEdge(NULp);
74    if (!edge) {
75        ap_assert(tree->is_root_node());
76        edge = tree->get_leftson()->edgeTo(tree->get_rightson());
77    }
78    ap_assert(edge); // got no edges?
79
80    EdgeChain chain(edge, ANY_EDGE, false);
81    while (chain) {
82        AP_tree_edge *curr = *chain;
83        ++chain;
84        delete curr;
85    }
86}
87
88AP_tree_edge* AP_tree_edge::unlink() {
89    ap_assert(this!=NULp);
90    ap_assert(is_linked());
91
92    node[0]->edge[index[0]] = NULp;
93    node[1]->edge[index[1]] = NULp;
94
95    node[0] = NULp;
96    node[1] = NULp;
97
98    return this;
99}
100
101void AP_tree_edge::relink(AP_tree_nlen *node1, AP_tree_nlen *node2) {
102    ap_assert(!is_linked());
103
104    node[0] = node1;
105    node[1] = node2;
106
107    node1->edge[index[0] = node1->unusedEdgeIndex()] = this;
108    node2->edge[index[1] = node2->unusedEdgeIndex()] = this;
109
110    node1->index[index[0]] = 0;
111    node2->index[index[1]] = 1;
112}
113
114size_t AP_tree_edge::buildChainInternal(EdgeSpec whichEdges, bool depthFirst, const AP_tree_nlen *skip, AP_tree_edge **&prevNextPtr) {
115    size_t added = 0;
116
117    ap_assert(prevNextPtr);
118    ap_assert(!*prevNextPtr);
119
120    bool descend = true;
121    bool use     = true;
122
123    if (use && (whichEdges&SKIP_UNMARKED_EDGES)) {
124        use = descend = has_marked(); // Note: root edge is chained if ANY son of root has marked children
125    }
126    if (use && (whichEdges&SKIP_FOLDED_EDGES)) {
127        // do not chain edges leading to root of group
128        // (doing an NNI there will swap branches across group-borders)
129        use = !next_to_folded_group();
130    }
131    if (use && (whichEdges&(SKIP_LEAF_EDGES|SKIP_INNER_EDGES))) {
132        use = !(whichEdges&(is_leaf_edge() ? SKIP_LEAF_EDGES : SKIP_INNER_EDGES));
133    }
134
135    if (use && !depthFirst) {
136        *prevNextPtr  = this;
137        next_in_chain = NULp;
138        prevNextPtr   = &next_in_chain;
139        added++;
140    }
141    if (descend) {
142        for (int n=0; n<2; n++) {
143            if (node[n]!=skip && !node[n]->is_leaf()) {
144                for (int e=0; e<3; e++) {
145                    AP_tree_edge * Edge = node[n]->edge[e];
146                    if (Edge != this) {
147                        descend = true;
148                        if (descend && (whichEdges&SKIP_UNMARKED_EDGES)) descend = Edge->has_marked();
149                        if (descend && (whichEdges&SKIP_FOLDED_EDGES))   descend = !Edge->next_to_folded_group();
150                        if (descend) {
151                            added += Edge->buildChainInternal(whichEdges, depthFirst, node[n], prevNextPtr);
152                        }
153                    }
154                }
155            }
156        }
157    }
158    if (use && depthFirst) {
159        ap_assert(!*prevNextPtr);
160
161        *prevNextPtr  = this;
162        next_in_chain = NULp;
163        prevNextPtr   = &next_in_chain;
164        added++;
165    }
166
167    return added;
168}
169
170bool EdgeChain::exists = false;
171
172EdgeChain::EdgeChain(AP_tree_edge *startEgde, EdgeSpec whichEdges, bool depthFirst, const AP_tree_nlen *skip, bool includeStart)
173    : start(NULp),
174      curr(NULp)
175{
176    /*! build a chain of edges for further processing
177     * @param startEgde        start edge
178     * @param whichEdges       specifies which edges get chained
179     * @param depthFirst       true -> insert leafs before inner nodes (but whole son-subtree before other-son-subtree)
180     * @param skip             previous node (will not recurse beyond)
181     * @param includeStart     include startEdge in chain?
182     */
183
184#if defined(DEVEL_RALF)
185# if defined(ASSERTION_USED) || defined(UNIT_TESTS)
186    if (whichEdges & SKIP_UNMARKED_EDGES) {
187        AP_tree_nlen *son         = startEgde->sonNode();
188        bool          flags_valid = son->has_correct_mark_flags();
189        if (flags_valid && startEgde->is_root_edge()) {
190            flags_valid = startEgde->otherNode(son)->has_correct_mark_flags();
191        }
192        if (!flags_valid) {
193            GBK_terminate("detected invalid flags while building chain");
194        }
195    }
196# endif
197#endif
198
199    ap_assert(!exists); // only one existing chain is allowed!
200    exists = true;
201
202    AP_tree_edge **prev = &start;
203
204    len = startEgde->buildChainInternal(whichEdges, depthFirst, skip, prev);
205    if (!includeStart) {
206        if (depthFirst) {
207            // startEgde is last of chain (if included)
208            if (prev == &startEgde->next_in_chain) {
209                if (start == startEgde) { // special case: startEgde is the only edge in chain
210                    ap_assert(len == 1);
211                    start = NULp;
212                }
213                else {
214                    // NULp all edge-link pointing to startEgde (may belong to current or older chain)
215                    for (int n = 0; n<=1; ++n) {
216                        AP_tree_edge *e1 = startEgde->node[n]->nextEdge(startEgde);
217                        if (e1->next_in_chain == startEgde) e1->next_in_chain = NULp;
218                        AP_tree_edge *e2 = startEgde->node[n]->nextEdge(e1);
219                        if (e2->next_in_chain == startEgde) e2->next_in_chain = NULp;
220                    }
221                }
222                --len;
223#if defined(ASSERTION_USED)
224                {
225                    size_t count = 0;
226                    curr      = start;
227                    while (*this) {
228                        ap_assert(**this != startEgde);
229                        ++count;
230                        ++*this;
231                    }
232                    ap_assert(len == count);
233                }
234#endif
235            }
236        }
237        else {
238            // startEgde is first of chain (if included)
239            if (start == startEgde) {
240                start = start->next_in_chain;
241                --len;
242            }
243        }
244    }
245    curr = start;
246
247    ap_assert(correlated(len, start));
248}
249
250class MutationsPerSite : virtual Noncopyable {
251    char   *Data;
252    size_t  length;
253
254public:
255    MutationsPerSite(size_t len) :
256        Data(ARB_calloc<char>(len*3)),
257        length(len)
258    {}
259    ~MutationsPerSite() {
260        free(Data);
261    }
262
263    char *data(int block) {
264        ap_assert(block >= 0 && block<3);
265        return Data+block*length;
266    }
267    const char *data(int block) const {
268        return const_cast<MutationsPerSite*>(this)->data(block);
269    }
270};
271
272static double ap_calc_bootstrap_remark_sub(int seq_len, const char *old, const char *ne) {
273    int sum[3] = { 0, 0, 0 };
274    for (int i=0; i<seq_len; i++) {
275        int diff = ne[i] - old[i];
276        if (diff > 1 || diff < -1) {
277#if defined(DEBUG)
278            fprintf(stderr, "diff by nni at one position not in [-1,1]: %i:%i - %i", diff, old[i], ne[i]);
279#endif // DEBUG
280            continue;
281        }
282        sum[diff+1] ++;
283    }
284
285    double prob = 0;
286    {
287        int asum = 0;
288        for (int i=0; i<3; i++) asum += sum[i];
289
290        double freq[3];
291        double log_freq[3];
292        for (int i=0; i<3; i++) {
293            freq[i] = sum[i] / double(asum); // relative frequencies of -1, 0, 1
294            if (sum[i] >0) {
295                log_freq[i] = log(freq[i]);
296            }
297            else {
298                log_freq[i] = -1e100; // minus infinit
299            }
300        }
301
302        int max = seq_len;  // bootstrap can select seq_len ones maximum
303        double log_fak_seq_len = GB_log_fak(seq_len);
304        double log_eps = log(1e-11);
305
306        // loop over all delta_mutations, begin in the middle
307        for (int tsum_add = 1; tsum_add >= -1; tsum_add -= 2) {
308            int tsum = sum[2]-sum[0];
309            if (tsum <= 0) tsum = 1;
310            for (; tsum < max && tsum > 0; tsum += tsum_add) {      // sum of mutations in bootstrap sample, loop over all possibilities
311                if (tsum_add < 0 && tsum == sum[2]-sum[0]) continue; // don't double count tsum
312
313
314
315                int max_minus = max;        // we need tsum + n_minus ones, we cannot have more than max_minux minus, reduce also
316                for (int minus_add = 1; minus_add>=-1; minus_add-=2) {
317                    int first_minus = 1;
318                    for (int n_minus = sum[0]; n_minus<max_minus && n_minus>=0; first_minus = 0, n_minus+=minus_add) {
319                        if (minus_add < 0 && first_minus) continue; // don't double count center
320                        int n_zeros = seq_len - n_minus * 2 - tsum; // number of minus
321                        int n_plus = tsum + n_minus; // number of plus ones  (n_ones + n_minus + n_zeros = seq_len)
322
323                        double log_a =
324                            n_minus * log_freq[0] +
325                            n_zeros * log_freq[1] +
326                            n_plus  * log_freq[2] +
327                            log_fak_seq_len - GB_log_fak(n_minus) - GB_log_fak(n_zeros) - GB_log_fak(n_plus);
328
329                        if (log_a < log_eps) {
330                            if (first_minus && minus_add>0) goto end;
331                            break; // cannot go with so many minus, try next
332                        }
333                        double a = exp(log_a);
334                        prob += a;
335                    }
336                }
337            }
338        end :;
339        }
340    }
341    return prob;
342}
343
344static void ap_calc_bootstrap_remark(AP_tree_nlen *son_node, AP_BL_MODE mode, const MutationsPerSite& mps) {
345    if (!son_node->is_leaf()) {
346        size_t seq_len = son_node->get_seq()->get_sequence_length();
347        float  one     = ap_calc_bootstrap_remark_sub(seq_len, mps.data(0), mps.data(1));
348        float  two     = ap_calc_bootstrap_remark_sub(seq_len, mps.data(0), mps.data(2));
349
350        if ((mode & AP_BL_BOOTSTRAP_ESTIMATE) == AP_BL_BOOTSTRAP_ESTIMATE) {
351            one = one * two;    // assume independent bootstrap values for both nnis
352        }
353        else {
354            if (two<one) one = two; // dependent bootstrap values, take minimum (safe)
355        }
356
357        double bootstrap = one<1.0 ? 100.0 * one : 100.0;
358        son_node->set_bootstrap(bootstrap);
359        son_node->get_brother()->use_as_remark(son_node->get_remark_ptr());
360    }
361}
362
363const GBT_LEN AP_UNDEF_BL = 10.5;
364
365inline void update_undefined_leaf_branchlength(AP_tree_nlen *leaf) {
366    if (leaf->is_leaf() &&
367        leaf->get_branchlength_unrooted() == AP_UNDEF_BL)
368    {
369        // calculate the branchlength for leafs
370        AP_FLOAT Seq_len = leaf->get_seq()->weighted_base_count();
371        if (Seq_len <= 1.0) Seq_len = 1.0;
372
373        ap_assert(leaf->is_leaf());
374
375        Mutations parsbest = rootNode()->costs();
376
377        ap_main->remember();
378        leaf->REMOVE();
379        Mutations mutations = parsbest - rootNode()->costs(); // number of min. mutations caused by adding 'leaf' to tree
380        ap_main->revert();
381
382        GBT_LEN blen = mutations/Seq_len; // scale with Seq_len (=> max branchlength == 1.0)
383        leaf->set_branchlength_unrooted(blen);
384    }
385}
386
387void AP_tree_edge::set_inner_branch_length_and_calc_adj_leaf_lengths(AP_FLOAT bcosts) {
388    // 'bcosts' is the number of mutations assumed at this edge
389
390    ap_assert(!is_leaf_edge());
391
392    AP_tree_nlen *son = sonNode();
393    ap_assert(son->at_root()); // otherwise length calculation is unstable!
394    AP_tree_nlen *otherSon = son->get_brother();
395
396    ap_assert(son->get_seq()->hasSequence());
397    ap_assert(otherSon->get_seq()->hasSequence());
398
399    AP_FLOAT seq_len =
400        (son     ->get_seq()->weighted_base_count() +
401         otherSon->get_seq()->weighted_base_count()
402            ) * 0.5;
403
404    if (seq_len < 0.1) seq_len = 0.1; // avoid that branchlengths gets 'inf' for sequences w/o data
405
406    AP_FLOAT blen = bcosts / seq_len; // branchlength := costs per bp
407
408    son->set_branchlength_unrooted(blen);
409
410    // calculate adjacent leaf branchlengths early
411    // (calculating them at end of nni_rec, produces much more combines)
412
413    update_undefined_leaf_branchlength(son->get_leftson());
414    update_undefined_leaf_branchlength(son->get_rightson());
415    update_undefined_leaf_branchlength(otherSon->get_leftson());
416    update_undefined_leaf_branchlength(otherSon->get_rightson());
417}
418
419#if defined(ASSERTION_USED) || defined(UNIT_TESTS)
420bool allBranchlengthsAreDefined(AP_tree_nlen *tree) {
421    if (tree->father) {
422        if (tree->get_branchlength_unrooted() == AP_UNDEF_BL) return false;
423    }
424    if (tree->is_leaf()) return true;
425    return
426        allBranchlengthsAreDefined(tree->get_leftson()) &&
427        allBranchlengthsAreDefined(tree->get_rightson());
428}
429#endif
430
431inline void undefine_branchlengths(AP_tree_nlen *node) {
432    // undefine branchlengths of node (triggers recalculation)
433    ap_main->push_node(node, STRUCTURE); // store branchlengths for revert
434    node->leftlen  = AP_UNDEF_BL;
435    node->rightlen = AP_UNDEF_BL;
436}
437
438Mutations AP_tree_edge::nni_rec(EdgeSpec whichEdges, AP_BL_MODE mode, AP_tree_nlen *skipNode, bool includeStartEdge) {
439    if (!rootNode())         return Mutations(0);
440    if (rootNode()->is_leaf()) return rootNode()->costs();
441
442    AP_tree_edge *oldRootEdge = rootEdge();
443
444    Mutations old_parsimony = rootNode()->costs();
445    Mutations new_parsimony = old_parsimony;
446
447    ap_assert(allBranchlengthsAreDefined(rootNode()));
448
449    bool recalc_lengths = mode & AP_BL_BL_ONLY;
450    if (recalc_lengths) {
451        ap_assert(whichEdges == ANY_EDGE);
452    }
453    else { // skip leaf edges when not calculating lengths
454        whichEdges = EdgeSpec(whichEdges|SKIP_LEAF_EDGES);
455    }
456
457    ap_assert(implicated(includeStartEdge, this == rootEdge())); // non-subtree-NNI shall always be called with rootEdge (afaik)
458
459    EdgeChain    chain(this, whichEdges, !recalc_lengths, skipNode, includeStartEdge);
460    arb_progress progress(chain.size());
461
462    if (recalc_lengths) { // set all branchlengths to undef
463        ap_main->push_node(rootNode(), STRUCTURE);
464        while (chain) {
465            AP_tree_edge *edge = *chain; ++chain;
466            undefine_branchlengths(edge->node[0]);
467            undefine_branchlengths(edge->node[1]);
468            undefine_branchlengths(edge->node[0]->get_father());
469        }
470        rootNode()->leftlen  = AP_UNDEF_BL *.5;
471        rootNode()->rightlen = AP_UNDEF_BL *.5;
472    }
473
474    chain.restart();
475    while (chain && (recalc_lengths || !progress.aborted())) { // never abort while calculating branchlengths
476        AP_tree_edge *edge = *chain; ++chain;
477
478        if (!edge->is_leaf_edge()) {
479            AP_tree_nlen *son = edge->sonNode();
480            son->set_root();
481            if (mode & AP_BL_BOOTSTRAP_LIMIT) {
482                MutationsPerSite mps(son->get_seq()->get_sequence_length());
483                new_parsimony = edge->nni_mutPerSite(new_parsimony, mode, &mps);
484                ap_calc_bootstrap_remark(son, mode, mps);
485            }
486            else {
487                new_parsimony = edge->nni_mutPerSite(new_parsimony, mode, NULp);
488            }
489            // ap_assert(rootNode()->costs() == new_parsimony); // does not fail (but changes number of combines performed in tests)
490        }
491        progress.inc();
492    }
493
494    ap_assert(allBranchlengthsAreDefined(rootNode()));
495
496    oldRootEdge->set_root();
497    new_parsimony = rootNode()->costs();
498
499    return new_parsimony;
500}
501
502Mutations AP_tree_edge::nni_mutPerSite(Mutations pars_one, AP_BL_MODE mode, MutationsPerSite *mps) {
503    ap_assert(!is_leaf_edge()); // avoid useless calls
504
505    AP_tree_nlen *root     = rootNode();
506    Mutations     parsbest = pars_one;
507    AP_tree_nlen *son      = sonNode();
508
509    {               // ******** original tree
510        if ((mode & AP_BL_BOOTSTRAP_LIMIT)) {
511            root->costs();
512            son->unhash_sequence();
513            son->get_father()->unhash_sequence();
514            ap_assert(son->is_son_of_root());
515            AP_tree_nlen *brother = son->get_brother();
516            brother->unhash_sequence();
517
518            ap_assert(mps);
519            pars_one = root->costs(mps->data(0));
520        }
521#if defined(ASSERTION_USED)
522        else {
523            ap_assert(pars_one != 0.0);
524        }
525#endif
526    }
527
528    Mutations pars_two;
529    {               // ********* first nni
530        ap_main->remember();
531        son->swap_assymetric(AP_LEFT);
532        pars_two = root->costs(mps ? mps->data(1) : NULp);
533
534        if (pars_two <= parsbest) {
535            ap_main->accept_if(mode & AP_BL_NNI_ONLY);
536            parsbest = pars_two;
537        }
538        else {
539            ap_main->revert();
540        }
541    }
542
543    Mutations pars_three;
544    {               // ********** second nni
545        ap_main->remember();
546        son->swap_assymetric(AP_RIGHT);
547        pars_three = root->costs(mps ? mps->data(2) : NULp);
548
549        if (pars_three <= parsbest) {
550            ap_main->accept_if(mode & AP_BL_NNI_ONLY);
551            parsbest = pars_three;
552        }
553        else {
554            ap_main->revert();
555        }
556    }
557
558    if (mode & AP_BL_BL_ONLY) { // ************* calculate branch lengths **************
559        GBT_LEN bcosts        = (pars_one + pars_two + pars_three) - (3.0 * parsbest);
560        if (bcosts <0) bcosts = 0;
561
562        root->costs();
563        set_inner_branch_length_and_calc_adj_leaf_lengths(bcosts);
564    }
565
566    return
567        mode & AP_BL_NNI_ONLY
568        ? parsbest  // in this case, the best topology was accepted above
569        : pars_one; // and in this case it has been reverted
570}
571
572ostream& operator<<(ostream& out, const AP_tree_edge *e) {
573    static int notTooDeep;
574
575    out << ' ';
576
577    if (notTooDeep || !e) {
578        out << ((void*)e);
579    }
580    else {
581        notTooDeep = 1;
582        out << "AP_tree_edge(" << ((void*)e)
583            << ", node[0]=" << e->node[0]
584            << ", node[1]=" << e->node[1]
585            << ")";
586        notTooDeep = 0; // cppcheck-suppress redundantAssignment
587    }
588
589    return out << ' ';
590}
591
592void AP_tree_edge::mixTree(int repeat, int percent, EdgeSpec whichEdges) {
593    EdgeChain chain(this, EdgeSpec(SKIP_LEAF_EDGES|whichEdges), false);
594    long      edges = chain.size();
595
596    arb_progress progress(repeat*edges);
597    while (repeat-- && !progress.aborted()) {
598        chain.restart();
599        while (chain) {
600            AP_tree_nlen *son = (*chain)->sonNode();
601            ap_assert(!son->is_leaf());
602            if (percent>=100 || GB_random(100)<percent) {
603                son->swap_assymetric(GB_random(2) ? AP_LEFT : AP_RIGHT);
604            }
605            ++chain;
606            ++progress;
607        }
608    }
609}
610
611// --------------------------------------------------------------------------------
612
613#ifdef UNIT_TESTS
614#include <arb_defs.h>
615#include "pars_main.hxx"
616#include <AP_seq_dna.hxx>
617#ifndef TEST_UNIT_H
618#include <test_unit.h>
619#endif
620#include <test_env.h>
621
622void TEST_edgeChain() {
623    PARSIMONY_testenv<AP_sequence_parsimony> env("TEST_trees.arb");
624    TEST_EXPECT_NO_ERROR(env.load_tree("tree_test"));
625
626    AP_tree_edge *root  = rootEdge();
627    AP_tree_nlen *rootN = root->sonNode()->get_father();
628
629    ap_assert(!rootN->father);
630    AP_tree_nlen *leftSon  = rootN->get_leftson();
631    AP_tree_nlen *rightSon = rootN->get_rightson();
632
633    const size_t ALL_EDGES  = 27;
634    const size_t LEAF_EDGES = 15;
635
636    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, ANY_EDGE,                                     true).size(), ALL_EDGES);
637    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(ANY_EDGE|SKIP_INNER_EDGES),          true).size(), LEAF_EDGES);    // 15 leafs
638    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(SKIP_FOLDED_EDGES|SKIP_INNER_EDGES), true).size(), LEAF_EDGES-4);  // 4 leafs are inside folded group
639    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(ANY_EDGE|SKIP_LEAF_EDGES),           true).size(), ALL_EDGES-LEAF_EDGES);
640
641    // skip left/right subtree
642    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, ANY_EDGE, true, leftSon) .size(),  9);  // right subtree plus rootEdge (=lower subtree)
643    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, ANY_EDGE, true, rightSon).size(), 19);  // left  subtree plus rootEdge (=upper subtree)
644
645    const size_t MV_RIGHT   = 8;
646    const size_t MV_LEFT    = 6;
647    const size_t MARKED_VIS = MV_RIGHT + MV_LEFT - 1; // root-edge only once
648
649    const EdgeSpec MARKED_VISIBLE_EDGES = EdgeSpec(SKIP_UNMARKED_EDGES|SKIP_FOLDED_EDGES);
650
651    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true, leftSon) .size(), MV_RIGHT); // one leaf edge is unmarked
652    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true, rightSon).size(), MV_LEFT);
653    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true)          .size(), MARKED_VIS);
654
655    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(MARKED_VISIBLE_EDGES|SKIP_INNER_EDGES), true).size(), 6); // 6 marked leafs
656    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(MARKED_VISIBLE_EDGES|SKIP_LEAF_EDGES),  true).size(), MARKED_VIS-6);
657
658    const size_t V_RIGHT = 9;
659    const size_t V_LEFT  = 12;
660    const size_t VISIBLE = V_RIGHT + V_LEFT -1;  // root-edge only once
661
662    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, SKIP_FOLDED_EDGES, true)          .size(), VISIBLE);
663    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, SKIP_FOLDED_EDGES, true, leftSon) .size(), V_RIGHT);
664    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, SKIP_FOLDED_EDGES, true, rightSon).size(), V_LEFT);
665
666    // test subtree-EdgeChains
667    {
668        AP_tree_edge *subtreeEdge = rightSon->edgeTo(rightSon->get_leftson()); // subtree containing CorAquat, CurCitre, CorGluta and CelBiazo
669        AP_tree_nlen *stFather    = subtreeEdge->notSonNode();
670
671        // collecting subtree-edges (by skipping father of start-edge) includes the startEdge
672        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, ANY_EDGE,         true, stFather).size(), 7);
673        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_LEAF_EDGES,  true, stFather).size(), 3);
674        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_INNER_EDGES, true, stFather).size(), 4);
675
676        // collecting subtree-edges w/o startEdge
677        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, ANY_EDGE,         true,  stFather, false).size(), 6);
678        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_LEAF_EDGES,  true,  stFather, false).size(), 2);
679        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_INNER_EDGES, true,  stFather, false).size(), 4);
680        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, ANY_EDGE,         false, stFather, false).size(), 6);
681        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_LEAF_EDGES,  false, stFather, false).size(), 2);
682        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_INNER_EDGES, false, stFather, false).size(), 4);
683
684        subtreeEdge = leftSon->edgeTo(leftSon->get_leftson()); // subtree containing group 'test', CloInnoc and CloBifer
685        stFather    = subtreeEdge->notSonNode();
686
687        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, ANY_EDGE,             true,  stFather, false).size(), 10);
688        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, MARKED_VISIBLE_EDGES, false, stFather, false).size(), 0);
689        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_FOLDED_EDGES,    true,  stFather, false).size(), 3);
690        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, ANY_EDGE,             false, stFather, true).size (), 11);
691        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, MARKED_VISIBLE_EDGES, true,  stFather, true).size (), 0);
692        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(subtreeEdge, SKIP_FOLDED_EDGES,    false, stFather, true).size (), 4);
693    }
694
695    // test group-folding at sons of root
696    {
697        // fold left subtree
698        leftSon->gr.grouped = true;
699
700        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, ANY_EDGE,             true) .size(), ALL_EDGES);  // all edges
701        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true) .size(), MV_RIGHT-1); // skips left subtree AND rootedge
702        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, SKIP_FOLDED_EDGES,    true) .size(), V_RIGHT-1);  // skips left subtree AND rootedge
703
704        // fold bold subtrees
705        rightSon->gr.grouped = true;
706
707        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, ANY_EDGE,             true) .size(), ALL_EDGES); // all edges
708        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true) .size(), 0);         // root edge not included (is adjacent to group)
709        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, SKIP_FOLDED_EDGES,    true) .size(), 0);         // root edge not included (is adjacent to group)
710
711        // fold right subtree only
712        leftSon->gr.grouped = false;
713
714        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, ANY_EDGE,             true) .size(), ALL_EDGES); // all edges
715        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true) .size(), MV_LEFT-1); // skips right subtree AND rootedge
716        TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, SKIP_FOLDED_EDGES,    true) .size(), V_LEFT-1);  // skips right subtree AND rootedge
717
718        // restore previous folding
719        rightSon->gr.grouped = false;
720    }
721
722
723    // mark only two species: CorGluta (unfolded) + CloTyro2 (folded)
724    {
725        GB_transaction ta(env.gbmain());
726        GBT_restore_marked_species(env.gbmain(), "CloTyro2;CorGluta");
727        env.compute_tree(); // species marks affect node-chain
728    }
729
730    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, ANY_EDGE,                                        true)          .size(), ALL_EDGES);
731    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES,                            true)          .size(), 6);
732    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(MARKED_VISIBLE_EDGES|SKIP_INNER_EDGES), true)          .size(), 1);   // one visible marked leaf (the other is hidden)
733    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(MARKED_VISIBLE_EDGES|SKIP_LEAF_EDGES),  true)          .size(), 6-1);
734    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(SKIP_UNMARKED_EDGES|SKIP_INNER_EDGES),  true)          .size(), 2);   // two marked leafs
735    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES,                            true, rightSon).size(), 3);
736    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES,                            true, leftSon) .size(), 4);
737
738    // test trees with marks in ONE subtree (of root) only
739    {
740        GB_transaction ta(env.gbmain());
741        GBT_restore_marked_species(env.gbmain(), "CloTyro2");
742        env.compute_tree(); // species marks affect node-chain
743    }
744    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES,                            true)          .size(), 3);
745    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, EdgeSpec(MARKED_VISIBLE_EDGES|SKIP_INNER_EDGES), true)          .size(), 0); // the only marked leaf is folded
746    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES,                            true, rightSon).size(), 3);
747    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES,                            true, leftSon) .size(), 1);
748
749    {
750        GB_transaction ta(env.gbmain());
751        GBT_restore_marked_species(env.gbmain(), "CorGluta");
752        env.compute_tree(); // species marks affect node-chain
753    }
754    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true)                  .size(), 4);
755    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true,  rightSon)       .size(), 1); // only root-edge
756    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, false, rightSon, false).size(), 0); // skips start-edge
757    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true,  rightSon, false).size(), 0); // skips start-edge
758    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true,  leftSon)        .size(), 4);
759
760    // unmark all
761    {
762        GB_transaction ta(env.gbmain());
763        GBT_mark_all(env.gbmain(), 0);
764        env.compute_tree(); // species marks affect node-chain
765    }
766    TEST_EXPECT_EQUAL(EdgeChain(root, MARKED_VISIBLE_EDGES, true).size(), 0);
767}
768
769void TEST_tree_flags_needed_by_EdgeChain() {
770    // EdgeChain depends on correctly set marked flags in AP_tree
771    // (i.e. on gr.mark_sum)
772    //
773    // These flags get destroyed by tree operations
774    // -> chains created after tree modifications are wrong
775    // -> optimization operates on wrong part of the tree
776    // (esp. add+NNI and NNI/KL)
777
778    PARSIMONY_testenv<AP_sequence_parsimony> env("TEST_trees.arb");
779    TEST_EXPECT_NO_ERROR(env.load_tree("tree_test"));
780
781    TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
782    TEST_EXPECT(rootNode()->has_valid_root_remarks());
783
784    // mark only two species: CorGluta (unfolded) + CloTyro2 (folded)
785    {
786        GB_transaction ta(env.gbmain());
787        GBT_restore_marked_species(env.gbmain(), "CloTyro2;CorGluta");
788        env.compute_tree(); // species marks affect order of node-chain (used in nni_rec)
789    }
790
791    TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
792
793    AP_tree_nlen *CorGluta = rootNode()->findLeafNamed("CorGluta"); // marked
794    AP_tree_nlen *CelBiazo = rootNode()->findLeafNamed("CelBiazo"); // not marked (marked parent, marked brother)
795    AP_tree_nlen *CurCitre = rootNode()->findLeafNamed("CurCitre"); // not marked (unmarked parent, unmarked brother)
796    AP_tree_nlen *CloTyro2 = rootNode()->findLeafNamed("CloTyro2"); // marked, inside folded group!
797    AP_tree_nlen *CloCarni = rootNode()->findLeafNamed("CloCarni"); // in the mid of unmarked subtree of 4
798
799    AP_tree_nlen *CurCitre_father      = CurCitre->get_father();
800    AP_tree_nlen *CurCitre_grandfather = CurCitre_father->get_father();
801
802    // test moving root
803    {
804        env.push();
805
806        CorGluta->set_root();
807        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
808
809        CelBiazo->set_root();
810        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
811
812        CloTyro2->set_root();
813        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
814
815        // CurCitre and its brother form an unmarked subtree
816        CurCitre->set_root();
817        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
818
819        CurCitre_father->set_root();
820        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
821
822        CurCitre_grandfather->set_root(); // grandfather has 1 marked child
823        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
824
825        env.pop();
826        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
827    }
828
829    TEST_EXPECT(rootNode()->has_valid_root_remarks());
830
831    // test moving nodes/subtrees
832    // wontfix; acceptable because only used while adding species -> see PARS_main.cxx@flags_broken_by_moveNextTo
833    {
834        env.push();
835
836        // move marked node into unmarked subtree of 2 species:
837        CorGluta->moveNextTo(CurCitre, 0.5);
838        TEST_EXPECT__BROKEN(rootNode()->has_correct_mark_flags());
839
840        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
841
842        // move unmarked subtree of two species (brother is marked)
843        CurCitre_father->moveNextTo(CelBiazo, 0.5); // move to unmarked uncle of brother
844        TEST_EXPECT__BROKEN(rootNode()->has_correct_mark_flags());
845
846        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
847
848        // move same subtree into unmarked subtree
849        CurCitre_father->moveNextTo(CloCarni, 0.5);
850        TEST_EXPECT__BROKEN(rootNode()->has_correct_mark_flags());
851
852        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
853
854        // move unmarked -> unmarked (both parents are unmarked as well)
855        CurCitre->moveNextTo(CloCarni, 0.5);
856        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags()); // works (but moving CurCitre_father doesnt)
857
858        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
859
860        // move marked -> marked
861        CorGluta->moveNextTo(CloTyro2, 0.5);
862        TEST_EXPECT__BROKEN(rootNode()->has_correct_mark_flags()); // subtree losts the only marked species (should unmark up to root)
863
864        // --------------------------------------------------------------------------------
865        // now mark flags are broken -> test whether revert restores them
866        ap_assert(!rootNode()->has_correct_mark_flags());
867        rootNode()->compute_tree(); // fixes the flags (i.e. changes hidded AND marked flags)
868
869        env.pop(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags()); // shows that flags are correctly restored
870
871        rootNode()->compute_tree(); // fix flags again
872        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
873    }
874
875    // test swap_assymetric
876    {
877        env.push();
878
879        rootNode()->get_leftson()->swap_assymetric(AP_LEFT);
880        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
881
882        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
883
884        CorGluta->get_father()->swap_assymetric(AP_RIGHT);
885        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
886
887        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
888
889        CorGluta->get_father()->swap_assymetric(AP_LEFT);
890        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags()); // (maybe swaps two unmarked subtrees?!)
891
892        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
893
894        {
895            // swap inside folded group
896            AP_tree_nlen *CloTyro2_father = CloTyro2->get_father();
897
898            CloTyro2_father->swap_assymetric(AP_LEFT);
899            TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
900
901            env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
902
903            AP_tree_nlen *CloTyro2_grandfather = CloTyro2_father->get_father();
904            ap_assert(CloTyro2_grandfather->gr.grouped); // this is the group-root
905
906            CloTyro2_grandfather->swap_assymetric(AP_LEFT);
907            TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
908
909            env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
910
911            CloTyro2_grandfather->swap_assymetric(AP_RIGHT); // (i guess) this swaps CloTyrob <-> CloInnoc (both unmarked)
912            TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
913        }
914
915        env.pop(); env.push(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
916
917        // swap in unmarked subtree
918        CloCarni->get_father()->swap_assymetric(AP_LEFT);
919        TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
920
921        env.pop(); TEST_EXPECT(rootNode()->has_correct_mark_flags());
922    }
923
924    TEST_EXPECT(rootNode()->has_valid_root_remarks());
925}
926
927void TEST_undefined_branchlength() {
928    PARSIMONY_testenv<AP_sequence_parsimony> env("TEST_trees.arb");
929    TEST_EXPECT_NO_ERROR(env.load_tree("tree_test"));
930
931    AP_tree_nlen *root     = env.root_node();
932    AP_tree_nlen *CorAquat = root->findLeafNamed("CorAquat");
933    AP_tree_nlen *inner    = CorAquat->get_father()->get_father();
934
935    AP_tree_nlen *sonOfRoot = root->get_leftson();
936    ap_assert(!sonOfRoot->is_leaf());
937
938    TEST_EXPECT(root && CorAquat && inner);
939
940    GBT_LEN length[] = {
941        0.0,
942        0.8,
943        AP_UNDEF_BL,
944    };
945    AP_tree_nlen *nodes[] = {
946        sonOfRoot,
947        CorAquat,
948        inner,
949    };
950
951    for (size_t i = 0; i<ARRAY_ELEMS(length); ++i) {
952        GBT_LEN testLen = length[i];
953        for (size_t n = 0; n<ARRAY_ELEMS(nodes); ++n) {
954            TEST_ANNOTATE(GBS_global_string("length=%.2f node=%zu", testLen, n));
955
956            AP_tree_nlen *node   = nodes[n];
957            GBT_LEN      oldLen = node->get_branchlength_unrooted();
958
959            node->set_branchlength_unrooted(testLen);
960            TEST_EXPECT_EQUAL(node->get_branchlength_unrooted(), testLen);
961
962            node->set_branchlength_unrooted(oldLen);
963            TEST_EXPECT(node->get_branchlength_unrooted() == oldLen);
964        }
965    }
966}
967
968#endif // UNIT_TESTS
969
970// --------------------------------------------------------------------------------
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.