| 1 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 2 | // SparseMatrix.h |
|---|
| 3 | // |
|---|
| 4 | // Sparse matrix computations |
|---|
| 5 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 6 | |
|---|
| 7 | #ifndef SPARSEMATRIX_H |
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| 8 | #define SPARSEMATRIX_H |
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| 9 | |
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| 10 | #include <iostream> |
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| 11 | |
|---|
| 12 | using namespace std; |
|---|
| 13 | |
|---|
| 14 | const float POSTERIOR_CUTOFF = 0.01; // minimum posterior probability |
|---|
| 15 | // value that is maintained in the |
|---|
| 16 | // sparse matrix representation |
|---|
| 17 | |
|---|
| 18 | typedef pair<int,float> PIF; // Sparse matrix entry type |
|---|
| 19 | // first --> column |
|---|
| 20 | // second --> value |
|---|
| 21 | |
|---|
| 22 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 23 | // SparseMatrix |
|---|
| 24 | // |
|---|
| 25 | // Class for sparse matrix computations |
|---|
| 26 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 27 | |
|---|
| 28 | class SparseMatrix { |
|---|
| 29 | |
|---|
| 30 | int seq1Length, seq2Length; // dimensions of matrix |
|---|
| 31 | VI rowSize; // rowSize[i] = # of cells in row i |
|---|
| 32 | SafeVector<PIF> data; // data values |
|---|
| 33 | SafeVector<SafeVector<PIF>::iterator> rowPtrs; // pointers to the beginning of each row |
|---|
| 34 | |
|---|
| 35 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 36 | // SparseMatrix::SparseMatrix() |
|---|
| 37 | // |
|---|
| 38 | // Private constructor. |
|---|
| 39 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 40 | |
|---|
| 41 | SparseMatrix (){} |
|---|
| 42 | |
|---|
| 43 | public: |
|---|
| 44 | |
|---|
| 45 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 46 | // SparseMatrix::SparseMatrix() |
|---|
| 47 | // |
|---|
| 48 | // Constructor. Builds a sparse matrix from a posterior matrix. |
|---|
| 49 | // Note that the expected format for the posterior matrix is as |
|---|
| 50 | // a (seq1Length+1) x (seq2Length+1) matrix where the 0th row |
|---|
| 51 | // and 0th column are ignored (they should contain all zeroes). |
|---|
| 52 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 53 | |
|---|
| 54 | SparseMatrix (int seq1Length, int seq2Length, const VF &posterior) : |
|---|
| 55 | seq1Length (seq1Length), seq2Length (seq2Length) { |
|---|
| 56 | |
|---|
| 57 | int numCells = 0; |
|---|
| 58 | |
|---|
| 59 | assert (seq1Length > 0); |
|---|
| 60 | assert (seq2Length > 0); |
|---|
| 61 | |
|---|
| 62 | // calculate memory required; count the number of cells in the |
|---|
| 63 | // posterior matrix above the threshold |
|---|
| 64 | VF::const_iterator postPtr = posterior.begin(); |
|---|
| 65 | for (int i = 0; i <= seq1Length; i++){ |
|---|
| 66 | for (int j = 0; j <= seq2Length; j++){ |
|---|
| 67 | if (*(postPtr++) >= POSTERIOR_CUTOFF){ |
|---|
| 68 | assert (i != 0 && j != 0); |
|---|
| 69 | numCells++; |
|---|
| 70 | } |
|---|
| 71 | } |
|---|
| 72 | } |
|---|
| 73 | |
|---|
| 74 | // allocate memory |
|---|
| 75 | data.resize(numCells); |
|---|
| 76 | rowSize.resize (seq1Length + 1); rowSize[0] = -1; |
|---|
| 77 | rowPtrs.resize (seq1Length + 1); rowPtrs[0] = data.end(); |
|---|
| 78 | |
|---|
| 79 | // build sparse matrix |
|---|
| 80 | postPtr = posterior.begin() + seq2Length + 1; // note that we're skipping the first row here |
|---|
| 81 | SafeVector<PIF>::iterator dataPtr = data.begin(); |
|---|
| 82 | for (int i = 1; i <= seq1Length; i++){ |
|---|
| 83 | postPtr++; // and skipping the first column of each row |
|---|
| 84 | rowPtrs[i] = dataPtr; |
|---|
| 85 | for (int j = 1; j <= seq2Length; j++){ |
|---|
| 86 | if (*postPtr >= POSTERIOR_CUTOFF){ |
|---|
| 87 | dataPtr->first = j; |
|---|
| 88 | dataPtr->second = *postPtr; |
|---|
| 89 | dataPtr++; |
|---|
| 90 | } |
|---|
| 91 | postPtr++; |
|---|
| 92 | } |
|---|
| 93 | rowSize[i] = dataPtr - rowPtrs[i]; |
|---|
| 94 | } |
|---|
| 95 | } |
|---|
| 96 | |
|---|
| 97 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 98 | // SparseMatrix::GetRowPtr() |
|---|
| 99 | // |
|---|
| 100 | // Returns the pointer to a particular row in the sparse matrix. |
|---|
| 101 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 102 | |
|---|
| 103 | SafeVector<PIF>::iterator GetRowPtr (int row) const { |
|---|
| 104 | assert (row >= 1 && row <= seq1Length); |
|---|
| 105 | return rowPtrs[row]; |
|---|
| 106 | } |
|---|
| 107 | |
|---|
| 108 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 109 | // SparseMatrix::GetValue() |
|---|
| 110 | // |
|---|
| 111 | // Returns value at a particular row, column. |
|---|
| 112 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 113 | |
|---|
| 114 | float GetValue (int row, int col){ |
|---|
| 115 | assert (row >= 1 && row <= seq1Length); |
|---|
| 116 | assert (col >= 1 && col <= seq2Length); |
|---|
| 117 | for (int i = 0; i < rowSize[row]; i++){ |
|---|
| 118 | if (rowPtrs[row][i].first == col) return rowPtrs[row][i].second; |
|---|
| 119 | } |
|---|
| 120 | return 0; |
|---|
| 121 | } |
|---|
| 122 | |
|---|
| 123 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 124 | // SparseMatrix::GetRowSize() |
|---|
| 125 | // |
|---|
| 126 | // Returns the number of entries in a particular row. |
|---|
| 127 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 128 | |
|---|
| 129 | int GetRowSize (int row) const { |
|---|
| 130 | assert (row >= 1 && row <= seq1Length); |
|---|
| 131 | return rowSize[row]; |
|---|
| 132 | } |
|---|
| 133 | |
|---|
| 134 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 135 | // SparseMatrix::GetSeq1Length() |
|---|
| 136 | // |
|---|
| 137 | // Returns the first dimension of the matrix. |
|---|
| 138 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 139 | |
|---|
| 140 | int GetSeq1Length () const { |
|---|
| 141 | return seq1Length; |
|---|
| 142 | } |
|---|
| 143 | |
|---|
| 144 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 145 | // SparseMatrix::GetSeq2Length() |
|---|
| 146 | // |
|---|
| 147 | // Returns the second dimension of the matrix. |
|---|
| 148 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 149 | |
|---|
| 150 | int GetSeq2Length () const { |
|---|
| 151 | return seq2Length; |
|---|
| 152 | } |
|---|
| 153 | |
|---|
| 154 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 155 | // SparseMatrix::GetRowPtr |
|---|
| 156 | // |
|---|
| 157 | // Returns the pointer to a particular row in the sparse matrix. |
|---|
| 158 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 159 | |
|---|
| 160 | int GetNumCells () const { |
|---|
| 161 | return data.size(); |
|---|
| 162 | } |
|---|
| 163 | |
|---|
| 164 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 165 | // SparseMatrix::Print() |
|---|
| 166 | // |
|---|
| 167 | // Prints out a sparse matrix. |
|---|
| 168 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 169 | |
|---|
| 170 | void Print (ostream &outfile) const { |
|---|
| 171 | outfile << "Sparse Matrix:" << endl; |
|---|
| 172 | for (int i = 1; i <= seq1Length; i++){ |
|---|
| 173 | outfile << " " << i << ":"; |
|---|
| 174 | for (int j = 0; j < rowSize[i]; j++){ |
|---|
| 175 | outfile << " (" << rowPtrs[i][j].first << "," << rowPtrs[i][j].second << ")"; |
|---|
| 176 | } |
|---|
| 177 | outfile << endl; |
|---|
| 178 | } |
|---|
| 179 | } |
|---|
| 180 | |
|---|
| 181 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 182 | // SparseMatrix::ComputeTranspose() |
|---|
| 183 | // |
|---|
| 184 | // Returns a new sparse matrix containing the transpose of the |
|---|
| 185 | // current matrix. |
|---|
| 186 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 187 | |
|---|
| 188 | SparseMatrix *ComputeTranspose () const { |
|---|
| 189 | |
|---|
| 190 | // create a new sparse matrix |
|---|
| 191 | SparseMatrix *ret = new SparseMatrix(); |
|---|
| 192 | int numCells = data.size(); |
|---|
| 193 | |
|---|
| 194 | ret->seq1Length = seq2Length; |
|---|
| 195 | ret->seq2Length = seq1Length; |
|---|
| 196 | |
|---|
| 197 | // allocate memory |
|---|
| 198 | ret->data.resize (numCells); |
|---|
| 199 | ret->rowSize.resize (seq2Length + 1); ret->rowSize[0] = -1; |
|---|
| 200 | ret->rowPtrs.resize (seq2Length + 1); ret->rowPtrs[0] = ret->data.end(); |
|---|
| 201 | |
|---|
| 202 | // compute row sizes |
|---|
| 203 | for (int i = 1; i <= seq2Length; i++) ret->rowSize[i] = 0; |
|---|
| 204 | for (int i = 0; i < numCells; i++) |
|---|
| 205 | ret->rowSize[data[i].first]++; |
|---|
| 206 | |
|---|
| 207 | // compute row ptrs |
|---|
| 208 | for (int i = 1; i <= seq2Length; i++){ |
|---|
| 209 | ret->rowPtrs[i] = (i == 1) ? ret->data.begin() : ret->rowPtrs[i-1] + ret->rowSize[i-1]; |
|---|
| 210 | } |
|---|
| 211 | |
|---|
| 212 | // now fill in data |
|---|
| 213 | SafeVector<SafeVector<PIF>::iterator> currPtrs = ret->rowPtrs; |
|---|
| 214 | |
|---|
| 215 | for (int i = 1; i <= seq1Length; i++){ |
|---|
| 216 | SafeVector<PIF>::iterator row = rowPtrs[i]; |
|---|
| 217 | for (int j = 0; j < rowSize[i]; j++){ |
|---|
| 218 | currPtrs[row[j].first]->first = i; |
|---|
| 219 | currPtrs[row[j].first]->second = row[j].second; |
|---|
| 220 | currPtrs[row[j].first]++; |
|---|
| 221 | } |
|---|
| 222 | } |
|---|
| 223 | |
|---|
| 224 | return ret; |
|---|
| 225 | } |
|---|
| 226 | |
|---|
| 227 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 228 | // SparseMatrix::GetPosterior() |
|---|
| 229 | // |
|---|
| 230 | // Return the posterior representation of the sparse matrix. |
|---|
| 231 | ///////////////////////////////////////////////////////////////// |
|---|
| 232 | |
|---|
| 233 | VF *GetPosterior () const { |
|---|
| 234 | |
|---|
| 235 | // create a new posterior matrix |
|---|
| 236 | VF *posteriorPtr = new VF((seq1Length+1) * (seq2Length+1)); assert (posteriorPtr); |
|---|
| 237 | VF &posterior = *posteriorPtr; |
|---|
| 238 | |
|---|
| 239 | // build the posterior matrix |
|---|
| 240 | for (int i = 0; i < (seq1Length+1) * (seq2Length+1); i++) posterior[i] = 0; |
|---|
| 241 | for (int i = 1; i <= seq1Length; i++){ |
|---|
| 242 | VF::iterator postPtr = posterior.begin() + i * (seq2Length+1); |
|---|
| 243 | for (int j = 0; j < rowSize[i]; j++){ |
|---|
| 244 | postPtr[rowPtrs[i][j].first] = rowPtrs[i][j].second; |
|---|
| 245 | } |
|---|
| 246 | } |
|---|
| 247 | |
|---|
| 248 | return posteriorPtr; |
|---|
| 249 | } |
|---|
| 250 | |
|---|
| 251 | }; |
|---|
| 252 | |
|---|
| 253 | #endif |
|---|