implement WFA algorithm
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Arthur Lu
commit
685f43c19b
43
.eslintrc.json
Normal file
43
.eslintrc.json
Normal file
@ -0,0 +1,43 @@
|
||||
{
|
||||
"env": {
|
||||
"es2021": true,
|
||||
"node": true
|
||||
},
|
||||
"extends": "standard",
|
||||
"parserOptions": {
|
||||
"ecmaVersion": "latest",
|
||||
"sourceType": "module"
|
||||
},
|
||||
"rules": {
|
||||
"no-tabs": [
|
||||
"error",
|
||||
{
|
||||
"allowIndentationTabs": true
|
||||
}
|
||||
],
|
||||
"indent": [
|
||||
"error",
|
||||
"tab"
|
||||
],
|
||||
"linebreak-style": [
|
||||
"error",
|
||||
"unix"
|
||||
],
|
||||
"quotes": [
|
||||
"error",
|
||||
"double"
|
||||
],
|
||||
"semi": [
|
||||
"error",
|
||||
"always"
|
||||
],
|
||||
"brace-style": [
|
||||
"error",
|
||||
"stroustrup",
|
||||
{
|
||||
"allowSingleLine": false
|
||||
}
|
||||
],
|
||||
"camelcase": 0
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
2
.gitignore
vendored
Normal file
2
.gitignore
vendored
Normal file
@ -0,0 +1,2 @@
|
||||
**/package-lock.json
|
||||
**/node_modules
|
||||
18
package.json
Normal file
18
package.json
Normal file
@ -0,0 +1,18 @@
|
||||
{
|
||||
"name": "wfa-js",
|
||||
"version": "0.0.1",
|
||||
"description": "Wavefront alignment algorithm in JS",
|
||||
"main": "src/main.js",
|
||||
"type": "module",
|
||||
"dependencies": {},
|
||||
"devDependencies": {
|
||||
"eslint": "^8.43.0",
|
||||
"eslint-config-standard": "^17.1.0",
|
||||
"eslint-plugin-import": "^2.27.5",
|
||||
"eslint-plugin-n": "^16.0.1",
|
||||
"eslint-plugin-promise": "^6.1.1"
|
||||
},
|
||||
"scripts": {
|
||||
"lint": "DEBUG=eslint:cli-engine eslint --fix ."
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
14
src/main.js
Normal file
14
src/main.js
Normal file
@ -0,0 +1,14 @@
|
||||
import wf_align from "./wfa.js";
|
||||
|
||||
const p = {
|
||||
x: 4,
|
||||
o: 6,
|
||||
e: 2
|
||||
};
|
||||
|
||||
// this should be score=24, Alignment=XDIX
|
||||
console.time("time")
|
||||
const {CIGAR, score} = wf_align("TCTTTACTCGCGCGTTGGAGAAATACAATAGT", "TCTATACTGCGCGTTTGGAGAAATAAAATAGT", p)
|
||||
console.timeEnd("time")
|
||||
console.log(`score: ${score}`);
|
||||
console.log(`CIGAR: ${CIGAR}`);
|
||||
324
src/wfa.js
Normal file
324
src/wfa.js
Normal file
@ -0,0 +1,324 @@
|
||||
class WavefrontComponent {
|
||||
constructor () {
|
||||
this.lo = [0]; // lo for each wavefront
|
||||
this.hi = [0]; // hi for each wavefront
|
||||
this.W = []; // wavefront diag distance for each wavefront
|
||||
this.A = []; // compact CIGAR for backtrace
|
||||
}
|
||||
// get value for wavefront=score, diag=k
|
||||
get_val (score, k) {
|
||||
if (this.W[score] !== undefined && this.W[score][k] !== undefined) {
|
||||
return this.W[score][k];
|
||||
}
|
||||
else {
|
||||
return NaN;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// set value for wavefront=score, diag=k
|
||||
set_val (score, k, val) {
|
||||
if (this.W[score]) {
|
||||
this.W[score][k] = val;
|
||||
}
|
||||
else {
|
||||
this.W[score] = [];
|
||||
this.W[score][k] = val;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// get alignment traceback
|
||||
get_traceback (score, k) {
|
||||
if (this.A[score] !== undefined && this.A[score][k] !== undefined) {
|
||||
return this.A[score][k];
|
||||
}
|
||||
else {
|
||||
return undefined;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// set alignment traceback
|
||||
set_traceback (score, k, traceback) {
|
||||
if (this.A[score]) {
|
||||
this.A[score][k] = traceback;
|
||||
}
|
||||
else {
|
||||
this.A[score] = [];
|
||||
this.A[score][k] = traceback;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// get hi for wavefront=score
|
||||
get_hi (score) {
|
||||
const hi = this.hi[score];
|
||||
return isNaN(hi) ? 0 : hi;
|
||||
}
|
||||
// set hi for wavefront=score
|
||||
set_hi (score, hi) {
|
||||
this.hi[score] = hi;
|
||||
}
|
||||
// get lo for wavefront=score
|
||||
get_lo (score) {
|
||||
const lo = this.lo[score];
|
||||
return isNaN(lo) ? 0 : lo;
|
||||
}
|
||||
// set lo for wavefront=score
|
||||
set_lo (score, lo) {
|
||||
this.lo[score] = lo;
|
||||
}
|
||||
// string representation of all wavefronts
|
||||
toString () {
|
||||
const traceback_str = ["OI", "EI", "OD", "ED", "SB", "IN", "DL", "EN"];
|
||||
let s = "<";
|
||||
let min_lo = Infinity;
|
||||
let max_hi = -Infinity;
|
||||
// get the min lo and max hi values across all wavefronts
|
||||
for (let i = 0; i < this.W.length; i++) {
|
||||
const lo = this.lo[i];
|
||||
const hi = this.hi[i];
|
||||
if (lo < min_lo) {
|
||||
min_lo = lo;
|
||||
}
|
||||
if (hi > max_hi) {
|
||||
max_hi = hi;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// print out two headers, one for wavefront and one for traceback
|
||||
for (let k = min_lo; k <= max_hi; k++) {
|
||||
s += FormatNumberLength(k, 2);
|
||||
if (k < max_hi) {
|
||||
s += "|";
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
s += ">\t<"
|
||||
for (let k = min_lo; k <= max_hi; k++) {
|
||||
s += FormatNumberLength(k, 2);
|
||||
if (k < max_hi) {
|
||||
s += "|";
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
s += ">\n";
|
||||
// for each wavefront
|
||||
for (let i = 0; i < this.W.length; i++) {
|
||||
s += "[";
|
||||
const lo = this.lo[i];
|
||||
const hi = this.hi[i];
|
||||
// print out the wavefront matrix
|
||||
for (let k = min_lo; k <= max_hi; k++) {
|
||||
if (this.W[i] !== undefined && this.W[i][k] !== undefined && !isNaN(this.W[i][k])) {
|
||||
s += FormatNumberLength(this.W[i][k], 2);
|
||||
}
|
||||
else if (k < lo || k > hi) {
|
||||
s += "--";
|
||||
}
|
||||
else {
|
||||
s += " ";
|
||||
}
|
||||
if (k < max_hi) {
|
||||
s += "|";
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
s += "]\t[";
|
||||
// print out the traceback matrix
|
||||
for (let k = min_lo; k <= max_hi; k++) {
|
||||
if (this.A[i] !== undefined && this.A[i][k] !== undefined) {
|
||||
s += traceback_str[this.A[i][k].toString()];
|
||||
}
|
||||
else if (k < lo || k > hi) {
|
||||
s += "--";
|
||||
}
|
||||
else {
|
||||
s += " ";
|
||||
}
|
||||
if (k < max_hi) {
|
||||
s += "|";
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
s += "]\n";
|
||||
}
|
||||
return s;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
const traceback = {
|
||||
OpenIns: 0,
|
||||
ExtdIns: 1,
|
||||
OpenDel: 2,
|
||||
ExtdDel: 3,
|
||||
Sub: 4,
|
||||
Ins: 5,
|
||||
Del: 6,
|
||||
End: 7,
|
||||
}
|
||||
|
||||
function FormatNumberLength (num, length) {
|
||||
let r = "" + num;
|
||||
while (r.length < length) {
|
||||
r = " " + r;
|
||||
}
|
||||
return r;
|
||||
}
|
||||
|
||||
function min (args) {
|
||||
args.forEach((el, idx, arr) => {
|
||||
arr[idx] = isNaN(el) ? Infinity : el;
|
||||
});
|
||||
const min = Math.min.apply(Math, args);
|
||||
return min === Infinity ? NaN : min;
|
||||
}
|
||||
|
||||
function max (args) {
|
||||
args.forEach((el, idx, arr) => {
|
||||
arr[idx] = isNaN(el) ? -Infinity : el;
|
||||
});
|
||||
const max = Math.max.apply(Math, args);
|
||||
return max === -Infinity ? NaN : max;
|
||||
}
|
||||
|
||||
function argmin (args) {
|
||||
const val = min(args)
|
||||
return args.indexOf(val);
|
||||
}
|
||||
|
||||
function argmax (args) {
|
||||
const val = max(args)
|
||||
return args.indexOf(val);
|
||||
}
|
||||
|
||||
export default function wf_align (s1, s2, penalties) {
|
||||
const n = s1.length;
|
||||
const m = s2.length;
|
||||
const A_k = m - n;
|
||||
const A_offset = m;
|
||||
let score = 0;
|
||||
const M = new WavefrontComponent();
|
||||
M.set_val(0, 0, 0);
|
||||
M.set_hi(0, 0);
|
||||
M.set_lo(0, 0);
|
||||
M.set_traceback(0, 0, traceback.End)
|
||||
const I = new WavefrontComponent();
|
||||
const D = new WavefrontComponent();
|
||||
while (true) {
|
||||
wf_extend(M, s1, n, s2, m, score);
|
||||
if (M.get_val(score, A_k) >= A_offset) {
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
score++;
|
||||
wf_next(M, I, D, score, penalties);
|
||||
}
|
||||
return wf_backtrace(M, I, D, score, penalties, A_k, A_offset);
|
||||
}
|
||||
|
||||
function wf_extend (M, s1, n, s2, m, score) {
|
||||
const lo = M.get_lo(score);
|
||||
const hi = M.get_hi(score);
|
||||
for (let k = lo; k <= hi; k++) {
|
||||
let v = M.get_val(score, k) - k;
|
||||
let h = M.get_val(score, k);
|
||||
if (isNaN(v) || isNaN(h)) {
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
while (s1[v] === s2[h]) {
|
||||
M.set_val(score, k, M.get_val(score, k) + 1);
|
||||
v++;
|
||||
h++;
|
||||
if (v > n || h > m) {
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
function wf_next (M, I, D, score, penalties) {
|
||||
const x = penalties.x;
|
||||
const o = penalties.o;
|
||||
const e = penalties.e;
|
||||
const lo = min([M.get_lo(score - x), M.get_lo(score - o - e), I.get_lo(score - e), D.get_lo(score - e)]) - 1;
|
||||
const hi = max([M.get_hi(score - x), M.get_hi(score - o - e), I.get_hi(score - e), D.get_hi(score - e)]) + 1;
|
||||
M.set_hi(score, hi);
|
||||
I.set_hi(score, hi);
|
||||
D.set_hi(score, hi);
|
||||
M.set_lo(score, lo);
|
||||
I.set_lo(score, lo);
|
||||
D.set_lo(score, lo);
|
||||
for (let k = lo; k <= hi; k++) {
|
||||
I.set_val(score, k, max([
|
||||
M.get_val(score - o - e, k - 1),
|
||||
I.get_val(score - e, k - 1)
|
||||
]) + 1);
|
||||
I.set_traceback(score, k, [traceback.OpenIns, traceback.ExtdIns][argmax([
|
||||
M.get_val(score - o - e, k - 1),
|
||||
I.get_val(score - e, k - 1)
|
||||
])])
|
||||
D.set_val(score, k, max([
|
||||
M.get_val(score - o - e, k + 1),
|
||||
D.get_val(score - e, k + 1)
|
||||
]));
|
||||
D.set_traceback(score, k, [traceback.OpenDel, traceback.ExtdDel][argmax([
|
||||
M.get_val(score - o - e, k + 1),
|
||||
D.get_val(score - e, k + 1)
|
||||
])])
|
||||
M.set_val(score, k, max([
|
||||
M.get_val(score - x, k) + 1,
|
||||
I.get_val(score, k),
|
||||
D.get_val(score, k)
|
||||
]));
|
||||
M.set_traceback(score, k, [traceback.Sub, traceback.Ins, traceback.Del][argmax([
|
||||
M.get_val(score - x, k) + 1,
|
||||
I.get_val(score, k),
|
||||
D.get_val(score, k)
|
||||
])]);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
function wf_backtrace (M, I, D, score, penalties, A_k) {
|
||||
const traceback_CIGAR = ["I", "I", "D", "D", "X", "", "", ""];
|
||||
const x = penalties.x;
|
||||
const o = penalties.o;
|
||||
const e = penalties.e;
|
||||
let CIGAR_rev = ""; // reversed CIGAR
|
||||
let tb_s = score; // traceback score
|
||||
let tb_k = A_k; // traceback diag k
|
||||
let current_traceback = M.get_traceback(tb_s, tb_k);
|
||||
let done = false;
|
||||
while (!done) {
|
||||
CIGAR_rev += traceback_CIGAR[current_traceback];
|
||||
switch (current_traceback) {
|
||||
case traceback.OpenIns:
|
||||
tb_s = tb_s - o - e;
|
||||
tb_k = tb_k - 1;
|
||||
current_traceback = M.get_traceback(tb_s, tb_k);
|
||||
break;
|
||||
case traceback.ExtdIns:
|
||||
tb_s = tb_s - e;
|
||||
tb_k = tb_k - 1;
|
||||
current_traceback = I.get_traceback(tb_s, tb_k);
|
||||
break;
|
||||
case traceback.OpenDel:
|
||||
tb_s = tb_s - o - e;
|
||||
tb_k = tb_k + 1;
|
||||
current_traceback = M.get_traceback(tb_s, tb_k);
|
||||
break;
|
||||
case traceback.ExtdDel:
|
||||
tb_s = tb_s - e;
|
||||
tb_k = tb_k + 1;
|
||||
current_traceback = D.get_traceback(tb_s, tb_k);
|
||||
break;
|
||||
case traceback.Sub:
|
||||
tb_s = tb_s - x;
|
||||
tb_k = tb_k;
|
||||
current_traceback = M.get_traceback(tb_s, tb_k);
|
||||
break;
|
||||
case traceback.Ins:
|
||||
tb_s = tb_s;
|
||||
tb_k = tb_k;
|
||||
current_traceback = I.get_traceback(tb_s, tb_k);
|
||||
break;
|
||||
case traceback.Del:
|
||||
tb_s = tb_s;
|
||||
tb_k = tb_k;
|
||||
current_traceback = D.get_traceback(tb_s, tb_k)
|
||||
break;
|
||||
case traceback.End:
|
||||
done = true
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
const CIGAR = Array.from(CIGAR_rev).reverse().join("");
|
||||
return {CIGAR, score};
|
||||
}
|
||||
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