談談對BWT算法的理解

最近對分析流程里用的bwa和mutect2的原理感興趣抹沪,打算稍微了解下纵菌。說起來本科時候也學過一些經(jīng)典算法,印象最深刻的就是NW全局比對和SW局部比對了玄柠。當時老師是正好抽到我的代碼作業(yè)突梦,好像我是有個回溯沒整出來,最后得個70分羽利。就是工作后發(fā)現(xiàn)這東西壓根用不上宫患。(而且講真,如果精于算法和統(tǒng)計的話这弧,生統(tǒng)和算法工程師娃闲,待遇和發(fā)展上都比生信強虚汛。)總之業(yè)余選手一名,如有謬誤還請指出皇帮。

BWT算法的作用卷哩,是使字符串中相同字母臨近,便于后續(xù)壓縮属拾。
而平時用到最多的bwa-mem比對将谊,其實是在逆向解碼的過程。
首先渐白,假定要處理序列為 ACAACG尊浓,將序列末尾補上$
即:ACAACG$
迭代將字符串的首字符,移到末尾纯衍,直到$到達首位栋齿。最終得到原始的矩陣如下(也有說將末尾字符移到首位的,這個其實不影響)襟诸。


image.png

現(xiàn)在瓦堵,我們先不管原始矩陣排序的事,取出原始矩陣中的首列(F列)和尾列(L列)歌亲,可以得出以下信息:
第一行:$后的字符為A谷丸,這個A是所在F列中的第一個A
第二行: A在字符C前,A是所在L列中的第一個A应结,C是所在F列中的第一個C
第三行:C在字符A前,C是所在L列中的第一個C泉唁,A是所在F列中的第二個A鹅龄,
第四行:A在字符A前,一個A是所在L列中的第二個A亭畜,另一個A是所在F列中的第三個A
第五行:A在字符C前扮休,A是所在L列中的第三個A,C是所在F列中第二個C
第六行:C在字符G前拴鸵,C是所在L列中第二個C玷坠,G是所在F列中第一個G
第七行:G在字符$前,G是所在L列中第一個G

而顯然F列與L列在刪去$后完全相同,也就是說L列中的第n個A/T/C/G就是F列中的第n個A/T/C/G劲藐。
顯然八堡,根據(jù)這些信息,可以反推出原始序列為 ACAACG聘芜。

現(xiàn)在兄渺,我們將原始矩陣每行按字典排序


image.png

同理,當然也可以推出原始序列汰现。
已知對每行來說挂谍,L列的字符都在F列的前面叔壤。則從F列的結(jié)尾字符$開始回溯(見下圖綠框)。
得到 $ ->G->C->A->A->C->A->$口叙,即ACAACG

image.png

只是這時候有一個我也不了解的問題炼绘,顯然上述成立要求是——在字典排序后,L列中的第n個A/T/C/G就是F列中的第n個A/T/C/G妄田,但這一論點俺亮,要如何證明成立?只能說形庭,這可能是字典排序的特性铅辞?不確定的事我就不亂說了哎。

【生信常識】二代測序的比對算法淺析

BWT算法淺析-(一)

【20171026-基于BWT算法的比對軟件原理解析(BWA & Bowtie & Bowtie2)】

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