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。

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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 10
        System.out.println("最小值: " + Math.min(a, b)); // 输出 5

        double x = 2.5, y = 7.8;
        System.out.println("最大值: " + Math.max(x, y)); // 输出 7.8
        System.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。

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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 9
        System.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。

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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 9
        System.out.println("最小值: " + min); // 输出 2
    }
}

优点

• 简洁。

缺点

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

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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 9
        System.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。

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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 9
        System.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 9
        System.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。

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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_VALUE
        System.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

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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

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8. 总结

1. 少量值的比较：使用 Math.max 和 Math.min。
2. 数组的最大最小值：
   • 使用 遍历法（高效）。
   • 或 Streams API（简洁）。
3. 集合的最大最小值：
   • 使用 Collections.max/min 或 Streams API。
4. 大规模数据：
   • 优先使用 Streams 并行流，能充分利用多核性能。

选择合适的方法可以提升代码的可读性和性能。