Вы можете построить трехдиагональную матрицу в целом, как это.
from scipy.sparse import spdiags
import numpy as np
data = np.array([[1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4]])
diags = np.array([0, -1, 1])
array = spdiags(data, diags, 4, 4).toarray()
array([[1, 2, 0, 0],
[1, 2, 3, 0],
[0, 2, 3, 4],
[0, 0, 3, 4]])