How to plot gaussian mixtures overlayed with heatmap in Python? - python

I have a 2D NumPy ndarray which consists of densities in a sparse matrix. I would like to plot it as a heatmap while also plotting ellipsoids derived from a couple of Gaussian mixture models fitted to my data. How can I accomplish this in Python?
The array looks something like this:
a = np.array([[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
1., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 2., 1., 2., 1., 1., 1., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 0.,
1., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 2., 1., 2., 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., 1., 1.,
0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1.,
1., 1., 1., 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., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0.]])
And to fit the data I use sklearn.mixture, but first I convert the 2D array to a density array:
def convert_to_density_array(array):
"""
Convert an array to a density array
"""
density_list = []
# iterate over each i,j coordinate in the array
for (i, j), value in np.ndenumerate(array):
for x in range(int(value)):
density_list.append((i, j))
return np.array(density_list)
# Create density array
density_array = convert_to_density_array(a)
gaussian_mix_4_components = mixture.GaussianMixture(n_components=4).fit(density_array)

Related

Selecting all rows where one column in a given range of columns evaluates to True (Numpy)

I have the following numpy array for instance:
data = np.array([[1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 1., 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., 0., 0., 0., 1., 0.,],
[0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 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., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1.,],
[0., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,],
[0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 1., 0., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 1., 1., 0., 1., 1., 0., 0.,],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 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., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 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., 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., 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., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,]])
I want to select all rows where one of a given range of columns are true.
So each row where any of columns in data[:,[1,2,5]] (for instance) evaluates to True (1.) should be returned.
Do you have any suggestions?
Best regards

Just use any(1) and slicing:
idx = data[:,[1,2,5]].any(1)
data[idx]
output:
array([[0., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 1.,
0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0.,
1., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 1., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 1.,
0., 1., 0., 1., 0., 1., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0., 1., 1.,
0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 1., 1., 0., 1., 1., 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., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
Indexer:
>>> idx
array([False, False, True, True, False, False, True])
# rows 2,3,6

How can I trim a tensor based on a mask with PyTorch?

I have a tensor inp, which has a size of: torch.Size([4, 122, 161]).
I also have a mask with a size of: torch.Size([4, 122]).
Each element in my mask looks something like:
tensor([0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1.,
1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
device='cuda:0', grad_fn=<SelectBackward>)
So I want to trim inp to be reduced along the dimension=1 to only exist where the mask has 1. In the case shown, there are 23 1s, so I want the size of inp to be: torch.Size([4, 23, 161])

I think advanced indexing would work. (I assume every mask has equally 23 1s)
inp_trimmed = inp[mask.type(torch.bool)].reshape(4,23,161)

Creating adjancency matrix from random indexes using slicing

Given an adjacency list Y:
Y = np.array([[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0.],
[0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 1., 0.],
[0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[1., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 1.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 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., 1., 1.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 1., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 1., 0., 0., 0.]])
and list of indexes of random numbers:
idx = sorted(random.sample(range(0, len(Y)), 5))
[0, 3, 7, 10, 14]
I would like 0th, 3rd, 7th, 10th and 14th row/column of the adjacency matrix extracted such that my new Yhat becomes the point where the 5 rows/columns overlaps such as:
meaning my Yhat becomes
Yhat = np.array([[0,0,0,0,0],
[0,0,0,1,0],
[0,0,0,0,0],
[0,1,0,0,0],
[0,0,0,0,0]])
Right now I am doing it with loops and checks, but I feel like it should be possible to do with numpy list slicing, any hints would be appreciated!

This seems to do the trick, first slice the idx rows, then slice the idx columns: Y[idx][:,idx]

Plotting an adjacency matrix with color coded nodes

I want to plot a 30x30 adjacency matrix in such a way that each node colour corresponds to whether that point/node belongs to 1 or 0 value in a 1-D array having 1 and 0 values.
So here is an example of a adjacency matrix:
array([[ 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 1., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0.,
1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1.,
0., 1., 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., 0.,
1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 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., 1., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 1.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 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., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 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., 1., 0., 1., 0., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1., 0.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0., 1.,
0., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1., 0.,
1., 0., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 1.,
0., 1., 0., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
1., 0., 1., 0.],
[ 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.,
0., 1., 0., 1.],
[ 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., 0., 1., 0.]])
And here is a one dim array which has 30 values corresponding to whether the point belongs to 1 or 0 cluster.
array([0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]
I want to plot each nodes in my adjacency matrix (which in my understanding is each row in the adjacency matrix) and colour code them accordingly if they belong to 1 or 0 cluster. So if ith row of adjacency matrix has ith value of 1-d array as 1So all nodes belonging to 1 cluster(having 1 in the corresponding index of 1-d are, then create a node with colour black , else if ith row of adjacency matrix has ith value of 1-d array as 0 then colour the nodes as red. And then connect all such nodes with edges based on the relationship present in the adjacency matrix.
I know kind of how to do it in networkx lib but that lib doesn't give me the right position of nodes layout. So am looking for a solution in matplotlib.

you can use graphviz to draw the graph here is the code to create the dot file:
a = np.array([[...]])
nodes = np.array([...])
colors = ["red", "green"]
graph = ""
for i, c in enumerate(nodes):
graph += 'n{index}[label="{index}" color={color}];'.format(index=i, color=colors[c])
for start, end in zip(*np.where(a)):
if start > end:
graph += 'n{start} -- n{end};'.format(start=start, end=end)
graph = "graph {%s}" % graph
then you can call "graphviz" to create the graph, here is the IPython magic I use:
https://gist.github.com/cjdrake/7982333
the result is:

How can I plot hysteresis in matplotlib?

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()

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()

You can use
ax.plot_trisurf(XS, YS, ZS)
instead of
ax.scartter(XS, YS, ZS)
But as tcaswell has commented, mayavi will give you better performance.
Cheers

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