Smith-Waterman算法C++实现

哇。生物专业的复习月可不是盖的，十几门的专业课，并且是纯背的。。。。提前一个月开始复习，复习吐了，写个博客调节调节。。

本次介绍的局部双序列对比算法，也就是SW算法。基本上的话，只要学了NW算法也就差不多理解了SW算法了。这个算法顾名思义，就是找到最佳的局部片段。注意这个最佳，怎末实现。

这个最佳可以翻译为，从所有的比对情况中，截取得分最高的片段。当一个比对情况形成时，也就是这个情况的计分值不断累加时，当进行至本位点比对时，累计的分值变为了负值，那么将这个负值直接赋值为0，然后进行下一个位点的比对。

最后dp表形成后，遍历找到最大值的格子，从此处进行回溯，直到回溯到0值。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
struct Pair{
int w;//w的允许有三个值，0代表向下的箭头，1代表斜向下的箭头，2代表向右的箭头。
int v;//v是该位置的累计积分。 
}; 
 int tran(char a){
 	int c;
 	if (a=='A'){
 		c=0;
	}
 	if (a=='G'){
 		c=1;
	}
	if (a=='C'){
 		c=2;
	}
	if (a=='T'){
 		c=3;
	}
 	return c;
 	
 }
int main(){
	string s1;
	string s2;
	cin >> s1 >> s2;//输入要比对的核苷酸的序列，双序列 
	int m,n;
	m=s1.size(); 
	n=s2.size();
	//将输入的字符串AGCT转化为0，1，2，3
	
	int  s[5][5];
	int  gap=-5;
	s[0][0]=10;s[1][0]=-1;s[2][0]=-3;s[2][1]=-5;
	s[1][1]=7;s[3][0]=-4;s[3][1]=-3;s[3][2]=0;
	s[2][2]=9;
	s[3][3]=8; 
	for(int i=0;i<4;i++){
		for(int j=0;j<4;j++){
			if(s[i][j]!=0){
				s[j][i]=s[i][j];
			}
		}
	}//输入计分矩阵 
	Pair dp[1000][1000];
	dp[0][0].v=0;
	dp[0][0].w=0;
	for(int i=0;i<=m;i++){
		for(int j=0;j<=n;j++){
			if(i==0&&j!=0){
				dp[i][j].v=dp[i][j-1].v+gap; 
				dp[i][j].w=2;
			} 
			if(j==0&&i!=0){
				dp[i][j].v=dp[i-1][j].v+gap;
				dp[i][j].w=0;
			}//以上将第一行第一列分别进行初始化。 
		}
	}	
	for(int i=1;i<=m;i++){
		for(int j=1;j<=n;j++){
		int	x=tran(s1[i-1]);
			 int y=tran(s2[j-1]);
		if(dp[i-1][j].v+gap>dp[i-1][j-1].v+s[x][y]){
			dp[i][j].v=dp[i-1][j].v+gap;
			dp[i][j].w=0;
		}
		else{
			dp[i][j].v=dp[i-1][j-1].v+s[x][y];
			dp[i][j].w=1;
	    	}
		if(dp[i][j].v<dp[i][j-1].v+gap){
			dp[i][j].w=2;
			dp[i][j].v=dp[i][j-1].v+gap;
		    }
		if(dp[i][j].v<0){
			dp[i][j].v=0;
		   }//当此格子的累计分值小于0时，将其赋值为0。达到局部匹配的效果 
		}
	}
	cout << "最终得分矩阵为" << endl; 
	for(int i=0;i<=m;i++){
		for(int j=0;j<=n;j++){
			cout << dp[i][j].v << " ";
			if(j==n){
				cout << endl;
			}		
		}
	} 
 
cout << "输出标记的路径：" << endl;
for(int i=0;i<=m;i++){
		for(int j=0;j<=n;j++){
			cout << dp[i][j].w<< " ";
			if(j==n){
				cout << endl;
			}	
		}
	} 
	string s3,s4;//存放排队的方案
 int temp=0;
int i_max;
int j_max;
for(int i=0;i<=m;i++){
	for(int j=0;j<=n;j++){
		if(dp[i][j].v>temp){
			i_max=i;
			j_max=j;
			temp=dp[i][j].v;
		}
	}
}//遍历找出最大累计分值 
 int xx=0;
 int i=i_max;
int j=j_max;
while(dp[i][j].v!=0){
	if(dp[i][j].w==1){
		s3[xx]=s1[i-1];
		s4[xx]=s2[j-1];
		i-=1;
		j-=1;
	}
	if(dp[i][j].w==0){
		s3[xx]=s1[i-1];
		s4[xx]=' ';
		i-=1;
	}
	if(dp[i][j].w==2){
		s3[xx]=' ';
		s4[xx]=s2[j-1];
		j-=1;
	}
	xx+=1;
}//以下输出局部序列比对的结果 
for(int i=xx-1;i>=0;i--){
	cout << s3[i];
}
cout << endl;
for(int i=xx-1;i>=0;i--){
	cout << s4[i];
} 
	return 0;
}