Java 查询最大最小值详解

在 Java 中，查询最大值和最小值是常见需求。以下将详细介绍 最大值和最小值的查询方法，包括适用于数组、集合、以及更复杂的数据结构的解决方案。

1. 使用 Math 类

Java 提供了 Math.max 和 Math.min 方法，可用于直接比较两个值。

适用场景

比较两个或少量的值。

示例代码

public class MaxMinWithMath {public static void main(String[] args) {int a = 5, b = 10;System.out.println("最大值: " + Math.max(a, b)); // 输出 10System.out.println("最小值: " + Math.min(a, b)); // 输出 5double x = 2.5, y = 7.8;System.out.println("最大值: " + Math.max(x, y)); // 输出 7.8System.out.println("最小值: " + Math.min(x, y)); // 输出 2.5}
}

优点

简单易用。

缺点

只能比较两个值，处理数组或集合需要嵌套调用。

2. 遍历法（适用于数组）

通过遍历数组，可以找到其最大值和最小值。这是最常见的算法。

适用场景

查询数组的最大值和最小值。

示例代码

public class MaxMinInArray {public static void main(String[] args) {int[] nums = {3, 7, 2, 9, 4};int max = nums[0]; // 假设第一个值为最大值int min = nums[0]; // 假设第一个值为最小值for (int num : nums) {if (num > max) max = num; // 更新最大值if (num < min) min = num; // 更新最小值}System.out.println("最大值: " + max); // 输出 9System.out.println("最小值: " + min); // 输出 2}
}

优点

简单高效，时间复杂度为 $O (n)$ 。

缺点

手动实现逻辑，代码量略多。

3. 使用 Arrays 类

Java 的 java.util.Arrays 提供了对数组操作的工具，可以通过排序找到最大值和最小值。

适用场景

数组可以被排序且不介意改变原数组。

示例代码

import java.util.Arrays;public class MaxMinUsingArrays {public static void main(String[] args) {int[] nums = {3, 7, 2, 9, 4};Arrays.sort(nums); // 对数组进行排序int min = nums[0]; // 第一个元素是最小值int max = nums[nums.length - 1]; // 最后一个元素是最大值System.out.println("最大值: " + max); // 输出 9System.out.println("最小值: " + min); // 输出 2}
}

优点

简洁。

缺点

排序的时间复杂度为 $\log n)$ ，比简单遍历慢。
改变了原数组顺序。

4. 使用 Collections 类

java.util.Collections 提供了对集合操作的工具方法，可轻松找到 List 的最大值和最小值。

适用场景

操作 List 类型的集合。

示例代码

import java.util.Collections;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class MaxMinUsingCollections {public static void main(String[] args) {List<Integer> nums = Arrays.asList(3, 7, 2, 9, 4);int max = Collections.max(nums); // 找最大值int min = Collections.min(nums); // 找最小值System.out.println("最大值: " + max); // 输出 9System.out.println("最小值: " + min); // 输出 2}
}

优点

简洁，操作简单。
不需要手动实现遍历逻辑。

缺点

仅适用于 List 类型的数据。

5. 使用 Java Streams

Java 8 引入了 Streams API，可用于高效查询最大值和最小值。

适用场景

操作数组或集合时，需要更简洁的代码。

示例代码：数组

import java.util.stream.IntStream;public class MaxMinWithStreams {public static void main(String[] args) {int[] nums = {3, 7, 2, 9, 4};int max = IntStream.of(nums).max().orElse(Integer.MIN_VALUE);int min = IntStream.of(nums).min().orElse(Integer.MAX_VALUE);System.out.println("最大值: " + max); // 输出 9System.out.println("最小值: " + min); // 输出 2}
}

示例代码：集合

import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class MaxMinInListStreams {public static void main(String[] args) {List<Integer> nums = Arrays.asList(3, 7, 2, 9, 4);int max = nums.stream().max(Integer::compareTo).orElse(Integer.MIN_VALUE);int min = nums.stream().min(Integer::compareTo).orElse(Integer.MAX_VALUE);System.out.println("最大值: " + max); // 输出 9System.out.println("最小值: " + min); // 输出 2}
}

优点

支持并行流操作，处理大规模数据时效率更高。
更加现代化和简洁。

缺点

需要掌握 Streams API 的用法。

6. 应对特殊情况

(1) 空数组或集合

如果数组或集合为空，查询最大最小值会抛出异常，需特别处理。
使用 Optional 或 orElse 提供默认值。

示例代码

import java.util.OptionalInt;public class HandleEmptyArray {public static void main(String[] args) {int[] nums = {};int max = IntStream.of(nums).max().orElse(Integer.MIN_VALUE); // 默认值int min = IntStream.of(nums).min().orElse(Integer.MAX_VALUE); // 默认值System.out.println("最大值: " + max); // 输出 Integer.MIN_VALUESystem.out.println("最小值: " + min); // 输出 Integer.MAX_VALUE}
}

(2) 所有值相等

当所有值相等时，最大值和最小值相等。

示例代码

int[] nums = {5, 5, 5, 5};int max = IntStream.of(nums).max().orElse(Integer.MIN_VALUE);
int min = IntStream.of(nums).min().orElse(Integer.MAX_VALUE);System.out.println("最大值: " + max); // 输出 5
System.out.println("最小值: " + min); // 输出 5

7. 方法对比

方法	优点	缺点
Math.max / Math.min	简单直接，适合少量数字比较	无法直接处理数组或集合
遍历法	高效（ $O (n)$ ），适合数组	需要手动实现逻辑
Arrays.sort	简洁，适合小型数组	修改原数组，效率低于遍历法
Collections.max / min	简洁，专为 `List` 提供	不支持数组，需先转换为 `List`
Streams	现代化、支持并行流	写法较复杂，依赖 Java 8 及以上版本