Взгляните на numpy.argsort - он вернет индексы, которые сортируют ваш массив.Вы также можете указать ось, по которой производится сортировка.Попробуйте:
a = numpy.asarray([[4, 2, 6, 7], [1, 4, 8, 9], [3, 1, 0, 3]])
numpy.argsort(a.flat)
>> array([10, 4, 9, 1, 8, 11, 0, 5, 2, 3, 6, 7])