Pythonによる等高線の作成方法

Question

前提

ここに質問の内容を詳しく書いてください。

PythoでCSVファイルからある３つの列だけ抽出して等高線をプロットするプログラムを作成しています。

実現したいこと

zの値を二次元配列にしなければならないことは把握しているのですが、ネットなどで調べても方法がわからないため、ご教授お願い致します。

発生している問題・エラーメッセージ

エラーメッセージ

該当のソースコード

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

o=np.loadtxt('a.csv',delimiter=',')

x=o[:,0]
y=o[:,1]
z=o[:,3]
xx, yy = np.meshgrid(x, y)

plt.contour(xx,yy,z)
plt.show()

試したこと

ここに問題に対して試したことを記載してください。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

ここにより詳細な情報を記載してください。

Comments

[aiukaki]

すみません。等高線ではなく、等値線でした。書き間違え申し訳ありません。

[aiukaki]

csvファイルにはx軸y軸それに対する様々な値があり、ある値のみを抽出して等値線を描きたいです。

Answer 1

matplotlib.pyplot.tricontour — Matplotlib 3.6.0 documentation を使うとよいかもしれません。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# generate dummy data
x = np.random.uniform(-2, 2, 200)
y = np.random.uniform(-2, 2, 200)
z = x * np.exp(-(x**2 + y**2))

# plot
_, ax = plt.subplots()
ax.tricontour(x, y, z, 10)
plt.show()

Answer 2

現状のデータとしては，三次元空間の等高線を縦にぶった切って得られた断面の高さ情報しか持ってないので，ここから等高線を描くとしたら，断面から三次元空間の物体を予測して描くしかないです．

代替案としては，plt.scatter()を使って2Dで描くならカラーマップをzで割り当てる，または3Dでそのまま散布図を描画する方法があります．

厳密に，xとyが周期的に一致して次のようになっていれば，np.meshgrid()を適用したplt.contor()が使えます．

import numpy as np
from itertools import product
from matplotlib import pyplot as plt

def del_duplicates(x): # to ordered monotonically
    return sorted(set(x), key = x.index)

x = [0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3] # x is not ordered by monotonically
y = [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3]
z = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]

dx, dy = map(del_duplicates, (x, y))
X, Y = np.meshgrid(dx, dy)
Z = np.zeros_like(X)

for n, (i, j) in enumerate(product(range(len(dx)), range(len(dy)))):
    Z[i, j] = z[n]

print(Z)

fig, ax = plt.subplots(1, 3)
ax[0].scatter(x, y, c = z)
ax[0].set_xlabel('x')
ax[0].set_ylabel('y')
ax[0].set_title('scatter')

ax[1].tricontour(x, y, z)
ax[1].set_xlabel('x')
ax[1].set_ylabel('y')
ax[1].set_title('tricontour')

ax[2].contour(X, Y, Z)
ax[2].set_xlabel('x')
ax[2].set_ylabel('y')
ax[2].set_title('contour')

plt.show()

ただ，このような変換ができるということは当然plt.tricontour()を使うこともできるということになりますね．

結果は次のようになります．

Comments

[aiukaki]

回答ありがとうございます。現状、2Dで描画したいと考えており、その座標にどのようにしてzを割り当てるのかわからない状態です。よければ教えていただけますでしょうか。お手数おかけして申し訳ありません。

[aiukaki]

すみません。なぜｘ軸,y軸の座標に対する値zがあって等高線を作れないのかもわからない状態です。

[ps_aux_grep]

plt.contour()のリファレンス
https://matplotlib.org/stable/api/_as_gen/matplotlib.pyplot.contour.html
には，「X and Y must both be ordered monotonically.」とあるので，plt.contour()を使おうとしたということは，断面情報になっていると考えました．

そこで，x軸とy軸の座標があっても，meshgridを使ったplt.contour()ではx軸のサンプル数len(x) × y軸のサンプル数len(y)の数だけのポイントで値zを埋める必要があります．今回は，zの値はx軸の個数と等値であるように見えたので，残りの座標における値が必要であると考えました．

それに対して，melianさんの回答が有効な理由は，ordered monotonicallyでないx,yでも扱えるplt.tricontour()が三角測量を応用した等高線を作成(というか補間)してくれるからでしょう．

もし，x,yがordered monotonicallyであるならplt.tricontour()も動作しません．
RuntimeError: Error in qhull Delaunay triangulation calculation: singular input data (exitcode=2);
というエラーになります．
https://stackoverflow.com/questions/55577981/plotly-plot-trisurf-isnt-working-with-arange-arrays

散布図を書いて平面状に満遍なく点が描画されているならplt.tricontour()を使う
散布図を書いても直線になっている(断面の高さを描く)なら三角測量によるグリッド作成も無理なのでお手上げです．
散布図を書くときは，plt.scatter(x, y, c = z)としてください．

ちなみに，x,yの情報が
x = [0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3]
y = [0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3]
のようになっているなら，meshgridに加工することができ，plt.contour()にも使えます．が，これならplt.tricontour()を使った方が早いかも

[aiukaki]

ありがとうございます。わかりやすくて本当に助かります。現状出てくる図だとどうしてもあまり精度が良く見えなく、できればmeshgridに加工したいです。x,y情報ははそのようになっており、何度もお手数お掛けして申し訳ないのですが、ご教授お願いいただけないでしょうか。

[ps_aux_grep]

追記しました．meshgridに加工しましたがあんまり変わらないことを報告しておきます．

CSVデータとひとことで言うのは容易いものの，いろんな形式があるので，データ形式を例示いただけると助かります．今回のようなXY形式になっているCSVは初めて聞きました．
本質的な解答を得られるよう，開示してもよさそうなデータはなるべく出すよう，お願いします．

[aiukaki]

事細かに教えていただき本当にありがとうございます。大変助かりました。