TmMolStar/src/mol-model/sequence/alignment/substitution-matrix.ts

/**
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 *
 * @author Alexander Rose <alexander.rose@weirdbyte.de>
 */

import { Mutable } from '../../../mol-util/type-helpers';

const aminoacidsX = 'ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY';
const aminoacids = 'ARNDCQEGHILKMFPSTWYVBZX';

const blosum62x = [
    [4, 0, -2, -1, -2, 0, -2, -1, -1, -1, -1, -2, -1, -1, -1, 1, 0, 0, -3, -2],        // A
    [0, 9, -3, -4, -2, -3, -3, -1, -3, -1, -1, -3, -3, -3, -3, -1, -1, -1, -2, -2],    // C
    [-2, -3, 6, 2, -3, -1, -1, -3, -1, -4, -3, 1, -1, 0, -2, 0, -1, -3, -4, -3],       // D
    [-1, -4, 2, 5, -3, -2, 0, -3, 1, -3, -2, 0, -1, 2, 0, 0, -1, -2, -3, -2],          // E
    [-2, -2, -3, -3, 6, -3, -1, 0, -3, 0, 0, -3, -4, -3, -3, -2, -2, -1, 1, 3],        // F
    [0, -3, -1, -2, -3, 6, -2, -4, -2, -4, -3, 0, -2, -2, -2, 0, -2, -3, -2, -3],      // G
    [-2, -3, -1, 0, -1, -2, 8, -3, -1, -3, -2, 1, -2, 0, 0, -1, -2, -3, -2, 2],        // H
    [-1, -1, -3, -3, 0, -4, -3, 4, -3, 2, 1, -3, -3, -3, -3, -2, -1, 3, -3, -1],       // I
    [-1, -3, -1, 1, -3, -2, -1, -3, 5, -2, -1, 0, -1, 1, 2, 0, -1, -2, -3, -2],        // K
    [-1, -1, -4, -3, 0, -4, -3, 2, -2, 4, 2, -3, -3, -2, -2, -2, -1, 1, -2, -1],       // L
    [-1, -1, -3, -2, 0, -3, -2, 1, -1, 2, 5, -2, -2, 0, -1, -1, -1, 1, -1, -1],        // M
    [-2, -3, 1, 0, -3, 0, 1, -3, 0, -3, -2, 6, -2, 0, 0, 1, 0, -3, -4, -2],            // N
    [-1, -3, -1, -1, -4, -2, -2, -3, -1, -3, -2, -2, 7, -1, -2, -1, -1, -2, -4, -3],   // P
    [-1, -3, 0, 2, -3, -2, 0, -3, 1, -2, 0, 0, -1, 5, 1, 0, -1, -2, -2, -1],           // Q
    [-1, -3, -2, 0, -3, -2, 0, -3, 2, -2, -1, 0, -2, 1, 5, -1, -1, -3, -3, -2],        // R
    [1, -1, 0, 0, -2, 0, -1, -2, 0, -2, -1, 1, -1, 0, -1, 4, 1, -2, -3, -2],           // S
    [0, -1, -1, -1, -2, -2, -2, -1, -1, -1, -1, 0, -1, -1, -1, 1, 5, 0, -2, -2],       // T
    [0, -1, -3, -2, -1, -3, -3, 3, -2, 1, 1, -3, -2, -2, -3, -2, 0, 4, -3, -1],        // V
    [-3, -2, -4, -3, 1, -2, -2, -3, -3, -2, -1, -4, -4, -2, -3, -3, -2, -3, 11, 2],    // W
    [-2, -2, -3, -2, 3, -3, 2, -1, -2, -1, -1, -2, -3, -1, -2, -2, -2, -1, 2, 7]       // Y
];

const blosum62 = [
    // A  R  N  D  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V  B  Z  X
    [4, -1, -2, -2, 0, -1, -1, 0, -2, -1, -1, -1, -1, -2, -1, 1, 0, -3, -2, 0, -2, -1, 0], // A
    [-1, 5, 0, -2, -3, 1, 0, -2, 0, -3, -2, 2, -1, -3, -2, -1, -1, -3, -2, -3, -1, 0, -1], // R
    [-2, 0, 6, 1, -3, 0, 0, 0, 1, -3, -3, 0, -2, -3, -2, 1, 0, -4, -2, -3, 3, 0, -1], // N
    [-2, -2, 1, 6, -3, 0, 2, -1, -1, -3, -4, -1, -3, -3, -1, 0, -1, -4, -3, -3, 4, 1, -1], // D
    [0, -3, -3, -3, 9, -3, -4, -3, -3, -1, -1, -3, -1, -2, -3, -1, -1, -2, -2, -1, -3, -3, -2], // C
    [-1, 1, 0, 0, -3, 5, 2, -2, 0, -3, -2, 1, 0, -3, -1, 0, -1, -2, -1, -2, 0, 3, -1], // Q
    [-1, 0, 0, 2, -4, 2, 5, -2, 0, -3, -3, 1, -2, -3, -1, 0, -1, -3, -2, -2, 1, 4, -1], // E
    [0, -2, 0, -1, -3, -2, -2, 6, -2, -4, -4, -2, -3, -3, -2, 0, -2, -2, -3, -3, -1, -2, -1], // G
    [-2, 0, 1, -1, -3, 0, 0, -2, 8, -3, -3, -1, -2, -1, -2, -1, -2, -2, 2, -3, 0, 0, -1], // H
    [-1, -3, -3, -3, -1, -3, -3, -4, -3, 4, 2, -3, 1, 0, -3, -2, -1, -3, -1, 3, -3, -3, -1], // I
    [-1, -2, -3, -4, -1, -2, -3, -4, -3, 2, 4, -2, 2, 0, -3, -2, -1, -2, -1, 1, -4, -3, -1], // L
    [-1, 2, 0, -1, -3, 1, 1, -2, -1, -3, -2, 5, -1, -3, -1, 0, -1, -3, -2, -2, 0, 1, -1], // K
    [-1, -1, -2, -3, -1, 0, -2, -3, -2, 1, 2, -1, 5, 0, -2, -1, -1, -1, -1, 1, -3, -1, -1], // M
    [-2, -3, -3, -3, -2, -3, -3, -3, -1, 0, 0, -3, 0, 6, -4, -2, -2, 1, 3, -1, -3, -3, -1], // F
    [-1, -2, -2, -1, -3, -1, -1, -2, -2, -3, -3, -1, -2, -4, 7, -1, -1, -4, -3, -2, -2, -1, -2], // P
    [1, -1, 1, 0, -1, 0, 0, 0, -1, -2, -2, 0, -1, -2, -1, 4, 1, -3, -2, -2, 0, 0, 0], // S
    [0, -1, 0, -1, -1, -1, -1, -2, -2, -1, -1, -1, -1, -2, -1, 1, 5, -2, -2, 0, -1, -1, 0], // T
    [-3, -3, -4, -4, -2, -2, -3, -2, -2, -3, -2, -3, -1, 1, -4, -3, -2, 11, 2, -3, -4, -3, -2], // W
    [-2, -2, -2, -3, -2, -1, -2, -3, 2, -1, -1, -2, -1, 3, -3, -2, -2, 2, 7, -1, -3, -2, -1], // Y
    [0, -3, -3, -3, -1, -2, -2, -3, -3, 3, 1, -2, 1, -1, -2, -2, 0, -3, -1, 4, -3, -2, -1], // V
    [-2, -1, 3, 4, -3, 0, 1, -1, 0, -3, -4, 0, -3, -3, -2, 0, -1, -4, -3, -3, 4, 1, -1], // B
    [-1, 0, 0, 1, -3, 3, 4, -2, 0, -3, -3, 1, -1, -3, -1, 0, -1, -3, -2, -2, 1, 4, -1], // Z
    [0, -1, -1, -1, -2, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -2, 0, 0, -2, -1, -1, -1, -1, -1]  // X
];

export type SubstitutionMatrixData = Readonly<{ [k: string]: Readonly<{ [k: string]: number }> }>;

function prepareMatrix (cellNames: string, mat: number[][]): SubstitutionMatrixData {
    let j: number;
    let i = 0;
    const matDict: Mutable<SubstitutionMatrixData> = {};
    mat.forEach(row => {
        j = 0;
        const rowDict: { [k: string]: number } = {};
        row.forEach(elm => rowDict[cellNames[j++]] = elm);
        matDict[cellNames[i++]] = rowDict;
    });
    return matDict;
}

export const SubstitutionMatrices = (() => ({
    blosum62: prepareMatrix(aminoacids, blosum62),
    blosum62x: prepareMatrix(aminoacidsX, blosum62x)
}))();
export type SubstitutionMatrix = keyof typeof SubstitutionMatrices;