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I am trying to plot a the development of a pitchfork bifurcation over time. The relationship between x and y starts off approximately linear, but ends up being a sigmoidal S shape. The final relationship is not a function; there are multiple y values for some values of x.
Matplotlib does nice wire frames for surface plots, but these surface plots don't seem to be able to handle non-functions.
Is there another way of plotting just the surface of this relationship? (If possible I don't want a solid shape.)
At the moment my data is in zero arrays where 1s indicate an approximation to the location of the surface.
I've included a very small sample data set, and sample code that will plot of their location. How do I 'join the dots'?
My actual data sets are larger (500x200x200) and varied, so I need to develop a flexible system.
This is what the final figure might look like:
From reading mplot3d documentation here it seems that I may need to convert my data to 2D arrays.
If this is the case please could you provide a method for this, and if possible please tell me what these arrays represent.
I greatly appreciate any comment/suggestions that will advance this.
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
sample_data = np.array([
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1.]]
] )
XS, YS, ZS = [],[],[]
for g in xrange(np.shape(sample_data)[0]):
for row in xrange(np.shape(sample_data)[1]):
for col in xrange(np.shape(sample_data)[2]):
if sample_data[g][row][col] == 1:
XS.append(g)
YS.append(col)
ZS.append(row)
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.scatter(XS, YS, ZS)
plt.show()
914
ioff() Function: The ioff() function in pyplot module of matplotlib library is used to turn the interactive mode off.
Plot − Plot helps to plot just one diagram with (x, y) coordinates. Axes − Axes help to plot one or more diagrams in the same window and sets the location of the figure.
As suggested by mrcl, to do this in matplotlib you can use trisurf.
However, you have to provide your own triangles as Delaunay won't work on the 2d projection of your points.
To build the triangulation, I suggest to build a parametric representation of your surfece (in terms of s, t) and triangulate in the space (s, t).
It will give something like this
Exemple based on your code below (as your data is very coarse, I added a bit of interpolation):
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.tri as mtri
from matplotlib import cm
sample_data = np.array([
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1.]],
[[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1.]]
] )
XS, YS, ZS = [],[],[]
for g in xrange(np.shape(sample_data)[0]):
for row in xrange(np.shape(sample_data)[1]):
for col in xrange(np.shape(sample_data)[2]):
if sample_data[g][row][col] == 1:
XS.append(g)
YS.append(col)
ZS.append(row)
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.scatter(XS, YS, ZS)
XS = np.asarray(XS)
YS = np.asarray(YS)
ZS = np.asarray(ZS)
def re_ordinate(x, y):
ord = np.arange(np.shape(x)[0])
iter = True
itermax = 10
n_iter = 0
while iter and n_iter < itermax:
n_iter += 1
dist1 = (x[0:-2] - x[1:-1])**2 + (y[0:-2] - y[1:-1])**2
dist2 = (x[0:-2] - x[2:])**2 + (y[0:-2] - y[2:])**2
swap = np.argwhere(dist2 < dist1)
for s in swap:
s += 1
t = x[s]
x[s] = x[s+1]
x[s+1] = t
t = y[s]
y[s] = y[s+1]
y[s+1] = t
t = ord[s]
ord[s] = ord[s+1]
ord[s+1] = t
return ord / float(np.size(ord, 0))
# Building parametrisation of the surface
s = np.zeros(np.shape(XS)[0])
t = np.zeros(np.shape(XS)[0])
begin = 0
end = 0
for g in xrange(np.shape(sample_data)[0]):
cut = np.argwhere(XS==g).flatten()
begin = end
end += np.size(cut, 0)
X_loc = XS[cut]
Y_loc = YS[cut]
Z_loc = ZS[cut]
s[begin: end] = g / float(np.size(sample_data, 0))
t[begin: end] = re_ordinate(Y_loc, Z_loc)
#ax.plot(X_loc, Y_loc, Z_loc, color="grey")
triangles = mtri.Triangulation(s, t).triangles
refiner = mtri.UniformTriRefiner(mtri.Triangulation(s, t))
subdiv = 2
_, x_refi = refiner.refine_field(XS, subdiv=subdiv)
_, y_refi = refiner.refine_field(YS, subdiv=subdiv)
triang_param, z_refi = refiner.refine_field(ZS, subdiv=subdiv)
#triang_param = refiner.refine_triangulation()#mtri.Triangulation(XS, YS, triangles)
#print triang_param.triangles
triang = mtri.Triangulation(x_refi, y_refi, triang_param.triangles)
ax.plot_trisurf(triang, z_refi, cmap=cm.jet, lw=0.)
plt.show()
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