Logo Questions Linux Laravel Mysql Ubuntu Git Menu
HTML CSS JAVASCRIPT SQL PYTHON PHP BOOTSTRAP JAVA JQUERY R React Kotlin
 

How can I plot hysteresis in matplotlib?

Tags:

python

matplotlib

mplot3d

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:

pitchfork bifurcation

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()

scatter

like image 914
Daniel Power Avatar asked Mar 06 '14 08:03

Daniel Power

People also ask

What does PLT IOFF () do?

ioff() Function: The ioff() function in pyplot module of matplotlib library is used to turn the interactive mode off.

What is the difference between PLT plot and ax plot?

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.

1 Answers

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

enter image description here

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()
like image 63
GBy Avatar answered Sep 29 '22 01:09

GBy
Sign in to Comment

Related questions

Change process name of Python script
Add fields to Django ModelForm that aren't in the model
how can I release mongodb connections?
Postgres inheritance with SQLAlchemy
Speed Up Initial Execution of Python Command Line App
Python ast package: traversing object hierarchies
C program is faster as Python subprocess
python socket server/client protocol with unstable client connection
How can I change the built-in python in Sublime Text 2?
manage.py not present in Django project
Python -- ConnectionError: Max retries exceeded
Multiple fields to the same DB column
Sphinx document module properties
Python multiprocessing performance
Embedding a matplotlib chart into Qt/C++ application
Need to detect books via OpenCV Python
py.test: format failed assert AND print custom message
Python not reading correct values from arduino serial output
Get IP addresses from udp and http torrent tracker response
Python Selenium 2.39 and Firefox 26

Donate For Us

If you love us? You can donate to us via Paypal or buy me a coffee so we can maintain and grow! Thank you!