Как можно построить гистерезис в matplotlib?

Я пытаюсь построить развитие бифуркации вилы с течением времени. Связь между x и y начинается примерно линейно, но в итоге получается сигмоидальная форма S. Последнее соотношение не является функцией; для некоторых значений x существует несколько значений y.

Matplotlib делает хорошие проводные рамки для поверхностных графиков, но эти поверхностные графики, похоже, не способны обрабатывать не-функции.
Есть ли другой способ построения только поверхности этих отношений? (Если возможно, мне не нужна твердая форма.)

В настоящее время мои данные находятся в нулевых массивах, где 1 указывает приближение к местоположению поверхности. Я включил очень небольшой набор выборочных данных и пример кода, который будет отображать их местоположение. Как присоединиться к точкам? Мои фактические наборы данных больше (500x200x200) и разнообразны, поэтому мне нужно разработать гибкую систему.

Вот как выглядит финальная фигура:

pitchfork bifurcation

Из чтение mplot3d документации здесь кажется, что мне может понадобиться преобразовать мои данные в 2D массивы. Если это так, пожалуйста, можете ли вы предоставить метод для этого, и, если возможно, скажите мне, что представляют собой эти массивы.

Я очень ценю любые комментарии/предложения, которые помогут вам это сделать.

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

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Как было предложено mrcl, для этого в matplotlib вы можете использовать trisurf. Тем не менее, вы должны предоставить свои собственные треугольники, поскольку Delaunay не будет работать над 2-й проекцией ваших очков.

Чтобы построить триангуляцию, я предлагаю построить параметрическое представление вашего сфера (в терминах s, t) и триангуляцию в пространстве (s, t).

Это даст что-то вроде этого

enter image description here

Пример на основе вашего кода ниже (поскольку ваши данные очень грубые, я добавил немного интерполяции):

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()

Ответ 2

Вы можете использовать

ax.plot_trisurf(XS, YS, ZS)

вместо

ax.scartter(XS, YS, ZS)

Но как прокомментировал tcaswell, майави даст вам лучшую производительность.

Приветствия