尋找數組中的最小值和最大值：Java 程式設計的有效方法

使用陣列是 Java 程式設計的基本部分，一個常見的要求是找出陣列中的 最小值 和 最大值 值。

在這裡，我們將介紹六種不同的方法用於找出數組中的最小值和最大值int[] arr = {5, 2, 7, 4, 8, 5, 9 , 6},每個都有其獨特的優點和用例。

1. 使用 Arrays.stream() (Java 8 )

這個方法利用 Java Streams 以簡潔、可讀的方式找出最小值和最大值。

int[] arr = {5, 2, 7, 4, 8, 5, 9, 6};
int min = Arrays.stream(arr).min().getAsInt();
int max = Arrays.stream(arr).max().getAsInt();

優點：

• 可讀性：程式碼乾淨簡潔。
• 現代 Java：利用 Java 8 功能，例如流。

缺點：

• 額外記憶體：流可以建立額外的對象，影響記憶體使用。

用例：非常適合希望使用現代 Java 風格並尋求簡單、可讀程式碼的開發人員。

2. 使用 Collections.min() 和 Collections.max()

此方法使用 Java 集合將陣列轉換為列表並尋找最小值和最大值。

int min = Collections.min(Arrays.asList(Arrays.stream(arr).boxed().toArray(Integer[]::new)));
int max = Collections.max(Arrays.asList(Arrays.stream(arr).boxed().toArray(Integer[]::new)));

優點：

• 熟悉 Java 集合：對於那些習慣使用集合框架的人來說，這種方法可能會感覺更舒服。

缺點：

• 額外處理：陣列必須裝箱（從 int 轉換為 Integer），然後轉換為列表，這需要更多記憶體和時間。

用例：在基於集合的程式碼庫中工作時很有用，其中其他資料結構可能已經是清單。

3. 使用簡單循環（傳統方法）

傳統方法使用簡單的循環來迭代數組，比較每個元素以找到最小值和最大值。

int min = arr[0];
int max = arr[0];
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
    if (arr[i] < min) {
        min = arr[i];
    }
    if (arr[i] > max) {
        max = arr[i];
    }
}

優點：

• 效率：此方法效率很高，時間複雜度為 O(n)。
• 沒有額外的記憶體：沒有建立額外的資料結構。

缺點：

• 基本語法：有些人可能會發現它不如新的 Java 方法優雅。

用例：非常適合需要簡單解決方案且無需額外記憶體開銷的人。

4.使用Math.min()和Math.max()

在此方法中，迴圈與 Math.min() 和 Math.max() 函數結合使用來決定最小值和最大值。

int min = arr[0];
int max = arr[0];
for (int num : arr) {
    min = Math.min(min, num);
    max = Math.max(max, num);
}

優點：

• 可讀性：使用 Math.min() 和 Math.max() 讓程式碼易於理解。
• 效率：仍然是O(n)，且不需要額外的資料結構。

缺點：

• 開銷：由於函數調用，效率比簡單循環稍低。

用例：推薦給那些重視可讀性並且已經熟悉 Java 數學類的人。

5. 單循環查找兩者（針對更少的比較進行了最佳化）

這個最佳化循環透過成對處理元素來減少比較次數。如果數組長度為奇數，則循環從第一個元素開始；如果偶數，則從前兩個開始。

int[] arr = {5, 2, 7, 4, 8, 5, 9, 6};
int min = Arrays.stream(arr).min().getAsInt();
int max = Arrays.stream(arr).max().getAsInt();

優點：

• 效能：減少比較，在某些情況下使其更快。
• 效率：在 O(n) 時間內處理陣列。

缺點：

• 複雜度：比基本循環稍難閱讀。

用例：適用於每次比較都很重要的效能關鍵型應用程式。

6.使用Arrays.sort()（如果陣列修改是可接受的）

此方法對陣列進行排序，然後檢索最小值（第一個元素）和最大值（最後一個元素）。

int min = Collections.min(Arrays.asList(Arrays.stream(arr).boxed().toArray(Integer[]::new)));
int max = Collections.max(Arrays.asList(Arrays.stream(arr).boxed().toArray(Integer[]::new)));

優點：

• 簡單性：如果陣列修改不是問題，就非常簡單。

缺點：

• 效能：Arrays.sort() 的時間複雜度為 O(n log n)，比其他方法慢。
• 陣列修改：改變原始陣列。

用例：僅當可以接受數組排序並且不介意修改原始數組時才使用此方法。

時間複雜度和記憶體比較

Method	Time Complexity	Extra Memory Usage
Arrays.stream()	O(n)	Additional stream objects
Collections.min/max	O(n)	Requires boxed integers
Simple loop	O(n)	Constant
Math.min/max loop	O(n)	Constant
Single optimized loop	O(n)	Constant, fewer comparisons
Arrays.sort()	O(n log n)	In-place (modifies array)

建議

• 為了可讀性：簡單的循環或Math.min/max方法提供了可讀且高效的解決方案。
• 對於現代 Java：如果您熟悉 Java 8，請使用 Arrays.stream() 。
• 為了獲得最大效能：單一最佳化循環最適合效能關鍵型應用程式。
• 如果您不想更改原始陣列或需要最快的解決方案，請避免使用 Arrays.sort()。

選擇正確的方法

選擇最佳方法取決於多種因素：

• 需要最小值和最大值：以上所有方法都可以找到最小值和最大值。
• 陣列修改：只有Arrays.sort()修改陣列。
• 效能要求：根據應用程式的複雜程度進行選擇。
• 程式碼可讀性：更簡單的方法通常更容易維護。
• Java 版本：Arrays.stream() 需要 Java 8 .

選擇最適合您的專案要求、編碼風格和效能需求的方法。每種方法都有其獨特的優勢，可以更輕鬆地自訂您的方法以獲得最佳結果。

歡迎對本文進行任何更正或補充。

int[] arr = {5, 2, 7, 4, 8, 5, 9, 6};
int min = Arrays.stream(arr).min().getAsInt();
int max = Arrays.stream(arr).max().getAsInt();

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