Add scoring matrices and functions

src/game/genetics/amino-acid.hpp

@@ -0,0 +1,54 @@
+/*
+ * Copyright (C) 2020  Christopher J. Howard
+ *
+ * This file is part of Antkeeper source code.
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+ * Antkeeper source code is free software: you can redistribute it and/or modify
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+ * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
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+ * Antkeeper source code is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ * GNU General Public License for more details.
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+ * You should have received a copy of the GNU General Public License
+ * along with Antkeeper source code.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+ */
+
+#ifndef ANTKEEPER_GENETICS_AMINO_ACID_HPP
+#define ANTKEEPER_GENETICS_AMINO_ACID_HPP
+
+#include <type_traits>
+
+namespace genetics {
+namespace amino_acid {
+
+/**
+ * Scores two amino acids using a substitution matrix.
+ *
+ * @param a IUPAC amino acid code of first amino acid.
+ * @param b IUPAC amino acid code of second amino acid.
+ * @param matrix Substitution matrix.
+ * @return Score of the two amino acids.
+ */
+template <class Matrix>
+typename std::remove_all_extents<Matrix>::type score(char a, char b, const Matrix& matrix);
+
+template <class Matrix>
+typename std::remove_all_extents<Matrix>::type score(char a, char b, const Matrix& matrix)
+{
+	int i = (a < 'A' || a > 'Z') ? ((a == '*') ? 26 : -1) : a - 'A';
+	int j = (b < 'A' || b > 'Z') ? ((b == '*') ? 26 : -1) : b - 'A';
+	
+	if (i < 0 || j < 0)
+		return 0;
+	
+	return matrix[i][j];
+}
+
+} // namspace amino_acid
+} // namespace genetics
+
+#endif // ANTKEEPER_GENETICS_AMINO_ACID_HPP

src/game/genetics/genetics.hpp

@@ -20,9 +20,12 @@
 #ifndef ANTKEEPER_GENETICS_HPP
 #define ANTKEEPER_GENETICS_HPP
 
+#include "amino-acid.hpp"
 #include "base.hpp"
 #include "codon.hpp"
+#include "matrix.hpp"
 #include "protein.hpp"
 #include "sequence.hpp"
+#include "translation-table.hpp"
 
 #endif // ANTKEEPER_GENETICS_HPP

src/game/genetics/matrix.hpp

@@ -0,0 +1,105 @@
+/*
+ * Copyright (C) 2020  Christopher J. Howard
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+ */
+
+#ifndef ANTKEEPER_GENETICS_MATRIX_HPP
+#define ANTKEEPER_GENETICS_MATRIX_HPP
+
+namespace genetics {
+namespace matrix {
+
+/**
+ * BLOSUM62 substitution matrix.
+ *
+ * @see ftp://ftp.ncbi.nih.gov/blast/matrices/
+ */
+template <class T>
+constexpr T blosum62[27][27] =
+{
+	// A   B   C   D   E   F   G   H   I   J   K   L   M   N   O   P   Q   R   S   T   U   V   W   X   Y   Z   *
+	{  4, -2,  0, -2, -1, -2,  0, -2, -1,  0, -1, -1, -1, -2,  0, -1, -1, -1,  1,  0,  0,  0, -3,  0, -2, -1, -4 }, // A
+	{ -2,  4, -3,  4,  1, -3, -1,  0, -3,  0,  0, -4, -3,  3,  0, -2,  0, -1,  0, -1,  0, -3, -4, -1, -3,  1, -4 }, // B
+	{  0, -3,  9, -3, -4, -2, -3, -3, -1,  0, -3, -1, -1, -3,  0, -3, -3, -3, -1, -1,  0, -1, -2, -2, -2, -3, -4 }, // C
+	{ -2,  4, -3,  6,  2, -3, -1, -1, -3,  0, -1, -4, -3,  1,  0, -1,  0, -2,  0, -1,  0, -3, -4, -1, -3,  1, -4 }, // D
+	{ -1,  1, -4,  2,  5, -3, -2,  0, -3,  0,  1, -3, -2,  0,  0, -1,  2,  0,  0, -1,  0, -2, -3, -1, -2,  4, -4 }, // E
+	{ -2, -3, -2, -3, -3,  6, -3, -1,  0,  0, -3,  0,  0, -3,  0, -4, -3, -3, -2, -2,  0, -1,  1, -1,  3, -3, -4 }, // F
+	{  0, -1, -3, -1, -2, -3,  6, -2, -4,  0, -2, -4, -3,  0,  0, -2, -2, -2,  0, -2,  0, -3, -2, -1, -3, -2, -4 }, // G
+	{ -2,  0, -3, -1,  0, -1, -2,  8, -3,  0, -1, -3, -2,  1,  0, -2,  0,  0, -1, -2,  0, -3, -2, -1,  2,  0, -4 }, // H
+	{ -1, -3, -1, -3, -3,  0, -4, -3,  4,  0, -3,  2,  1, -3,  0, -3, -3, -3, -2, -1,  0,  3, -3, -1, -1, -3, -4 }, // I
+	{  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 }, // J
+	{ -1,  0, -3, -1,  1, -3, -2, -1, -3,  0,  5, -2, -1,  0,  0, -1,  1,  2,  0, -1,  0, -2, -3, -1, -2,  1, -4 }, // K
+	{ -1, -4, -1, -4, -3,  0, -4, -3,  2,  0, -2,  4,  2, -3,  0, -3, -2, -2, -2, -1,  0,  1, -2, -1, -1, -3, -4 }, // L
+	{ -1, -3, -1, -3, -2,  0, -3, -2,  1,  0, -1,  2,  5, -2,  0, -2,  0, -1, -1, -1,  0,  1, -1, -1, -1, -1, -4 }, // M
+	{ -2,  3, -3,  1,  0, -3,  0,  1, -3,  0,  0, -3, -2,  6,  0, -2,  0,  0,  1,  0,  0, -3, -4, -1, -2,  0, -4 }, // N
+	{  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 }, // O
+	{ -1, -2, -3, -1, -1, -4, -2, -2, -3,  0, -1, -3, -2, -2,  0,  7, -1, -2, -1, -1,  0, -2, -4, -2, -3, -1, -4 }, // P
+	{ -1,  0, -3,  0,  2, -3, -2,  0, -3,  0,  1, -2,  0,  0,  0, -1,  5,  1,  0, -1,  0, -2, -2, -1, -1,  3, -4 }, // Q
+	{ -1, -1, -3, -2,  0, -3, -2,  0, -3,  0,  2, -2, -1,  0,  0, -2,  1,  5, -1, -1,  0, -3, -3, -1, -2,  0, -4 }, // R
+	{  1,  0, -1,  0,  0, -2,  0, -1, -2,  0,  0, -2, -1,  1,  0, -1,  0, -1,  4,  1,  0, -2, -3,  0, -2,  0, -4 }, // S
+	{  0, -1, -1, -1, -1, -2, -2, -2, -1,  0, -1, -1, -1,  0,  0, -1, -1, -1,  1,  5,  0,  0, -2,  0, -2, -1, -4 }, // T
+	{  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 }, // U
+	{  0, -3, -1, -3, -2, -1, -3, -3,  3,  0, -2,  1,  1, -3,  0, -2, -2, -3, -2,  0,  0,  4, -3, -1, -1, -2, -4 }, // V
+	{ -3, -4, -2, -4, -3,  1, -2, -2, -3,  0, -3, -2, -1, -4,  0, -4, -2, -3, -3, -2,  0, -3, 11, -2,  2, -3, -4 }, // W
+	{  0, -1, -2, -1, -1, -1, -1, -1, -1,  0, -1, -1, -1, -1,  0, -2, -1, -1,  0,  0,  0, -1, -2, -1, -1, -1, -4 }, // X
+	{ -2, -3, -2, -3, -2,  3, -3,  2, -1,  0, -2, -1, -1, -2,  0, -3, -1, -2, -2, -2,  0, -1,  2, -1,  7, -2, -4 }, // Y
+	{ -1,  1, -3,  1,  4, -3, -2,  0, -3,  0,  1, -3, -1,  0,  0, -1,  3,  0,  0, -1,  0, -2, -3, -1, -2,  4, -4 }, // Z
+	{ -4, -4, -4, -4, -4, -4, -4, -4, -4,  0, -4, -4, -4, -4,  0, -4, -4, -4, -4, -4,  0, -4, -4, -4, -4, -4,  1 }  // *
+};
+
+/**
+ * BLOSUM80 substitution matrix.
+ *
+ * @see ftp://ftp.ncbi.nih.gov/blast/matrices/
+ */
+template <class T>
+constexpr T blosum80[27][27] =
+{
+	// A   B   C   D   E   F   G   H   I   J   K   L   M   N   O   P   Q   R   S   T   U   V   W   X   Y   Z   *
+	{  7, -3, -1, -3, -2, -4,  0, -3, -3,  0, -1, -3, -2, -3,  0, -1, -2, -3,  2,  0,  0, -1, -5, -1, -4, -2, -8 }, // A
+	{ -3,  6, -6,  6,  1, -6, -2, -1, -6,  0, -1, -7, -5,  5,  0, -4, -1, -2,  0, -1,  0, -6, -8, -3, -5,  0, -8 }, // B
+	{ -1, -6, 13, -7, -7, -4, -6, -7, -2,  0, -6, -3, -3, -5,  0, -6, -5, -6, -2, -2,  0, -2, -5, -4, -5, -7, -8 }, // C
+	{ -3,  6, -7, 10,  2, -6, -3, -2, -7,  0, -2, -7, -6,  2,  0, -3, -1, -3, -1, -2,  0, -6, -8, -3, -6,  1, -8 }, // D
+	{ -2,  1, -7,  2,  8, -6, -4,  0, -6,  0,  1, -6, -4, -1,  0, -2,  3, -1, -1, -2,  0, -4, -6, -2, -5,  6, -8 }, // E
+	{ -4, -6, -4, -6, -6, 10, -6, -2, -1,  0, -5,  0,  0, -6,  0, -6, -5, -5, -4, -4,  0, -2,  0, -3,  4, -6, -8 }, // F
+	{  0, -2, -6, -3, -4, -6,  9, -4, -7,  0, -3, -7, -5, -1,  0, -5, -4, -4, -1, -3,  0, -6, -6, -3, -6, -4, -8 }, // G
+	{ -3, -1, -7, -2,  0, -2, -4, 12, -6,  0, -1, -5, -4,  1,  0, -4,  1,  0, -2, -3,  0, -5, -4, -2,  3,  0, -8 }, // H
+	{ -3, -6, -2, -7, -6, -1, -7, -6,  7,  0, -5,  2,  2, -6,  0, -5, -5, -5, -4, -2,  0,  4, -5, -2, -3, -6, -8 }, // I
+	{  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 }, // J
+	{ -1, -1, -6, -2,  1, -5, -3, -1, -5,  0,  8, -4, -3,  0,  0, -2,  2,  3, -1, -1,  0, -4, -6, -2, -4,  1, -8 }, // K
+	{ -3, -7, -3, -7, -6,  0, -7, -5,  2,  0, -4,  6,  3, -6,  0, -5, -4, -4, -4, -3,  0,  1, -4, -2, -2, -5, -8 }, // L
+	{ -2, -5, -3, -6, -4,  0, -5, -4,  2,  0, -3,  3,  9, -4,  0, -4, -1, -3, -3, -1,  0,  1, -3, -2, -3, -3, -8 }, // M
+	{ -3,  5, -5,  2, -1, -6, -1,  1, -6,  0,  0, -6, -4,  9,  0, -4,  0, -1,  1,  0,  0, -5, -7, -2, -4, -1, -8 }, // N
+	{  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 }, // O
+	{ -1, -4, -6, -3, -2, -6, -5, -4, -5,  0, -2, -5, -4, -4,  0, 12, -3, -3, -2, -3,  0, -4, -7, -3, -6, -2, -8 }, // P
+	{ -2, -1, -5, -1,  3, -5, -4,  1, -5,  0,  2, -4, -1,  0,  0, -3,  9,  1, -1, -1,  0, -4, -4, -2, -3,  5, -8 }, // Q
+	{ -3, -2, -6, -3, -1, -5, -4,  0, -5,  0,  3, -4, -3, -1,  0, -3,  1,  9, -2, -2,  0, -4, -5, -2, -4,  0, -8 }, // R
+	{  2,  0, -2, -1, -1, -4, -1, -2, -4,  0, -1, -4, -3,  1,  0, -2, -1, -2,  7,  2,  0, -3, -6, -1, -3, -1, -8 }, // S
+	{  0, -1, -2, -2, -2, -4, -3, -3, -2,  0, -1, -3, -1,  0,  0, -3, -1, -2,  2,  8,  0,  0, -5, -1, -3, -2, -8 }, // T
+	{  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0 }, // U
+	{ -1, -6, -2, -6, -4, -2, -6, -5,  4,  0, -4,  1,  1, -5,  0, -4, -4, -4, -3,  0,  0,  7, -5, -2, -3, -4, -8 }, // V
+	{ -5, -8, -5, -8, -6,  0, -6, -4, -5,  0, -6, -4, -3, -7,  0, -7, -4, -5, -6, -5,  0, -5, 16, -5,  3, -5, -8 }, // W
+	{ -1, -3, -4, -3, -2, -3, -3, -2, -2,  0, -2, -2, -2, -2,  0, -3, -2, -2, -1, -1,  0, -2, -5, -2, -3, -1, -8 }, // X
+	{ -4, -5, -5, -6, -5,  4, -6,  3, -3,  0, -4, -2, -3, -4,  0, -6, -3, -4, -3, -3,  0, -3,  3, -3, 11, -4, -8 }, // Y
+	{ -2,  0, -7,  1,  6, -6, -4,  0, -6,  0,  1, -5, -3, -1,  0, -2,  5,  0, -1, -2,  0, -4, -5, -1, -4,  6, -8 }, // Z
+	{ -8, -8, -8, -8, -8, -8, -8, -8, -8,  0, -8, -8, -8, -8,  0, -8, -8, -8, -8, -8,  0, -8, -8, -8, -8, -8,  1 }  // *
+};
+
+} // namspace matrix
+} // namespace genetics
+
+#endif // ANTKEEPER_GENETICS_MATRIX_HPP

src/game/genetics/protein.hpp

@@ -20,10 +20,31 @@
 #ifndef ANTKEEPER_GENETICS_PROTEIN_HPP
 #define ANTKEEPER_GENETICS_PROTEIN_HPP
 
+#include "amino-acid.hpp"
+#include <type_traits>
+
 namespace genetics {
 namespace protein {
 
+/**
+ * Scores two proteins using a substitution matrix.
+ *
+ * @param first1,last1 Sequence of IUPAC amino acid codes which constitute the first protein.
+ * @param first2,last2 Sequence of IUPAC amino acid codes which constitute the second protein.
+ * @param matrix Substitution matrix.
+ * @return Score of the two proteins.
+ */
+template <class ForwardIt1, class ForwardIt2, class Matrix>
+typename std::remove_all_extents<Matrix>::type score(ForwardIt1 first1, ForwardIt1 last1, ForwardIt2 first2, ForwardIt2 last2, const Matrix& matrix);
 
+template <class ForwardIt1, class ForwardIt2, class Matrix>
+typename std::remove_all_extents<Matrix>::type score(ForwardIt1 first1, ForwardIt1 last1, ForwardIt2 first2, ForwardIt2 last2, const Matrix& matrix)
+{
+	typename std::remove_all_extents<Matrix>::type result = 0;
+	for (; first1 != last1 && first2 != last2; ++first1, ++first2)
+		result += amino_acid::score(*first1, *first2, matrix);
+	return result;
+}
 
 } // namespace protein
 } // namespace genetics