【Java】Listから最小値を取得するストリームについて

Question

OCJP Goldの学習をしております。

以下のコードで、最小値50が出力されない理由をご教示いただきたいです。

Comparatorの内部にあるreturn文の直前で戻り値を出力した際は、50が出力されましたが、実際に、以下のコードでは200が出力されました。

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		List<Integer> nums = Arrays.asList(100,50,200);
		
		Comparator<Integer> com = new Comparator<Integer>() {
			public int compare(Integer o1,Integer o2) {
				return Integer.min(o1, o2);
			}
		};
		System.out.println(nums.stream().min(com).get());
	}

}

Answer 1

端的にいうと、Comparatorの実装のしかたが間違っています。

compareは、1か0か-1を返す実装をします。

最初の引数が2番目の引数より小さい場合は負の整数、両方が等しい場合は0、最初の引数が2番目の引数より大きい場合は正の整数。

minを返す現在の実装の場合、要素に負数がないListの場合、必ず比較の後者が小さいと判定されます。
そのためListの要素に正の整数しかない場合、必ず要素の最後がminと判断されるはずです。

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追記

コメントのやりとり見ていると理解済みかと思いますが、

Listに1以上の値しかないというのは、第1引数と第2引数の値の比較結果のことでしょうか。

return Integer.min(o1, o2);⇒必ず50が返る
compareメソッドの特性により、50ではなく、正の数が返る

Listに1以上の値しかない

要素の値についてです。
要素に正の整数しかないなら、minの結果が必ず正の整数になり、必ず第一引数が大きいと判断されます。

compareメソッドの特性により、50ではなく、正の数が返る

特性ではありません。実際に50を返していますし、50は正の数です。
繰り返しになりますが、compareの実装は

最初の引数が2番目の引数より小さい場合は負の整数、両方が等しい場合は0、最初の引数が2番目の引数より大きい場合は正の整数。

のように実装する必要があります。

すでにいくつか試されているようですが、Listの要素を２つにして単純な比較の方が動作を理解しやすいかと思います。
現在の実装だと(1,2)と(2,1)のような要素の順序により期待の結果にならないことが容易にわかるはずです。

Comments

[kazu0630]

ご回答いただき、ありがとうございます。

>minを返す現在の実装の場合、要素に負数がないListの場合、必ず比較の後者が小さいと判定されます。
>そのためListに1以上の値しかない場合、必ず要素の最後がminと判断されるはずです。
Listに1以上の値しかないというのは、第1引数と第2引数の値の比較結果のことでしょうか。

return Integer.min(o1, o2);⇒必ず50が返る
compareメソッドの特性により、50ではなく、正の数が返る
ということでしょうか。

その場合、「最初の引数が2番目の引数より大きい場合は正の整数。」に該当するため、必ず要素の最後が最小値と判断されませんよね・・。

申し訳ありませんが、もう少しご教示願えますでしょうか。

[jimbe]

compare メソッドの引数にどの値が入れられてくるかは仕様上決まっていなかったように思います.
ご提示のコード・データではどんな値が来ても常に正数が返り, つまり o1 が大きい(=o2が小さい) と判定されるため, 大小関係に一貫性が無く, ソートの実装によって結果が変わる可能性があります.

[kazu0630]

jimbeさん、いつもご回答いただき、ありがとうございます。

①「return Integer.min(o1, o2);」により、o1=100 o2=50で、50を返す
②「compareメソッド」により、正数が返る(o1>o2と扱われる)
③「return Integer.min(o1, o2);」により、o1=50 o2=200で、50を返す
④「compareメソッド」により、正数が返る(o1>o2と扱われる)
⑤最小値が「④のo2」と判断される（一番最後の要素が最小値と扱われる）
ということでしょうか。

[xebme]

jimbeさんはソートのことをお考えですか。クイックソートだとわかりません。でもこの質問では順次アクセスしか考えられません。.peek(System.out::println)を入れて確認してください。
nums.stream().peek(System.out::println).min(com).get()

min()は順次アクセスのreduce()と同じことをしているのではないでしょうか。
nums.stream().reduce((x,y)->(Integer.compare(x,y)>0)?y:x).get()

[kazu0630]

xebmeさん、ご回答いただき、ありがとうございます。
peekメソッドを入れた結果、以下のようにリストの格納順+一番最後の要素が出力されました。

■結果
100
50
200
200

ちなみにリストの要素を変えてみたところ、以下のようになりましたが、結果に納得ができない状態が続いております・・。

■リストの要素
-100,50,200
■結果
-100
50
200
-100

■リストの要素
100,-50,200
■結果
100
-50
200
200

■リストの要素
100,50,-200
■結果
100
50
-200
50

[xebme]

おかしくない。Integer.min()がComparator<Integer>.compare()とみなされている。
■リストの要素
-100,50,200
■結果
min(-100,50)=-100(負)->第一引数が小さい(-100を次の第一引数に), min(-100,200)=-100(負)->第一引数が小さい(-100)

■リストの要素
100,-50,200
■結果
min(100,-50)=-50(負)->第一引数が小さい(100を次の第一引数に), min(100,200)=100(正)->第二引数が小さい(200)

■リストの要素
100,50,-200
■結果
min(100,50)=50(正)->第二引数が小さい(50を次の第一引数に), min(50,-200)=-200(負)->第一引数が小さい(50)
この動作は reduce()とまったく同じ、順次処理ですね。

[kazu0630]

xebmeさん、ご回答いただき、ありがとうございます。

2つ目について、質問させてください。

■リストの要素
100,-50,200
■結果
min(100,-50)=-50(負)->第一引数が小さい(100を次の第一引数に), min(100,200)=100(正)->第二引数が小さい(200)
は、
min(100,-50)=-50(負)->第二引数が小さい(-50を次の第一引数に), min(-50,200)=-50(負)->第一引数が小さい(-50)
※(100と-50の比較では、-50の方が小さい⇒第二引数の方が小さい、-50と200の比較では、-50の方が小さい⇒第一引数の方が小さい)
となるように考えましたが、お答えいただいた内容と異なります。

お手数をおかけ致しますが、もう少しご教示願えますでしょうか？

[swordone]

だから、minで何が返ってくるかなんて関係ない。問題になるのはcompareが返す値の符号のみ。負なら第一引数が、正なら第二引数が小さいと判定される。それだけ。

[jimbe]

すいません, compare なのでついソートと思ってしまいましたが, min でした.

[momon-ga]

swordoneさんのいう通り
> 問題になるのはcompareが返す値の符号のみ。負なら第一引数が、正なら第二引数が小さいと判定される。それだけ。

本当に、これだけなんです。なので正しい実装をすれば期待通りになります。

[kazu0630]

ご回答いただきました皆様、ありがとうございます。

教えていただきました内容と自分でいろいろと試していく中で、理解ができたと思います。
皆様、丁寧にコメントをいただいたので、皆様のコメントをベストアンサーにしたかったのですが、それができないので、一番コメントをいただいたこの回答をベストアンサーとさせていただきます。

以下の内容は、自分が正解だと思った内容のメモです。

■100,50,200
100と50の比較⇒minにより、50が返る⇒戻り値50の値は正なので、compareメソッドは正の値を返す⇒第二引数(右側）の値が返る
50と200の比較⇒minにより、50が返る⇒戻り値50の値は正なので、compareメソッドは正の値を返す⇒第二引数(右側）の値が返る

■100,50,-200
100と50の比較⇒minにより、50が返る⇒戻り値50の値は正なので、compareメソッドは正の値を返す⇒第二引数(右側）の値が返る
50と-200の比較⇒minにより、-200が返る⇒戻り値-200の値は負なので、compareメソッドは負の値を返す⇒第一引数（左側）の値が返る

■100,-50,200
100と-50の比較⇒minにより、-50が返る⇒戻り値-50の値は負なので、compareメソッドは負の値を返す⇒第一引数（左側）の値が返る
100と200の比較⇒minにより、100が返る⇒戻り値100の値は正なので、compareメソッドは正の値を返す⇒第二引数（右側）の値が返る

■-100,50,200
-100と50の比較⇒minにより、-100が返る⇒戻り値-100の値は負なので、compareメソッドは負の値を返す⇒第一引数（左側）の値が返る
-100と200の比較⇒minにより、-100が返る⇒戻り値-100の値は負なので、compareメソッドは負の値を返す⇒第一引数（左側）の値が返る

Answer 2

nums.stream().min(com)でやっていることは、ざっくり言うとこういうことなんです。
(細かいところはいろいろ違うので、あくまでイメージとしてとらえてください)

Integer min = nums.get(0);
for (Integer i : nums) {
    min = com.compare(min, i) < 0 ? min : i;
}
return min;

compareの中で、2つ比較して小さいほうを返したとて、このメソッドはそれをそのまま「小さいほうの値」とは解釈しません。あくまでcompareの結果として、符号からどちらが大きいかを判定します。

Answer 3

すでに正解が出ているので、あくまでもmomon-gaさんの回答の補足説明として読んでください。

正か、負か、それが問題だ

Comparaterの役割は、正、0 、負、によって二つの引数の大小同値を判定すること。数値型の場合、計算で判定できます。

(x,y) -> x - y

Streamのmin()/max()/sum()

これらはどれも reduce() で書き換えることができます。リダクション（畳み込み）と呼ばれる操作で累積的な結果を返します。reduce()のなかのラムダ式を見てください。

reduce((x,y) -> 何らかの結合的な操作を実行して「累積的な値」を返す)

ラムダ式の引数に役割があります。引数 x は「先頭の要素」か「累積的な値」、y は順次処理される「個別の要素」です。操作によって「累積的な値」 の意味は以下のように異なります。どれも y の値を使って、x の値を更新します。

• min の場合は、x は最小値
  x と y を比較して小さい値を返す。返された値が次の x の値として使われる。
  比較はComparatorで行ってもよい。
• max の場合は、x は最大値
  x と y を比較して大きい値を返す。返された値が次の x の値として使われる。
  比較はComparatorで行ってもよい。(minと同じComparatorです)
• sum の場合は、x は合計値
  x に y を加算した値を返す。返された値が次の x の値として使われる。

内部動作としてこのことを理解してください。

リダクションを使う最小値の取得

リダクションでは、Integer::minを指定すれば目的の動作が行われます。以下、listの型はList<Integer>です。

list.stream().reduce((x,y)->(Integer.compare(x,y) <= 0) ? x : y).get();
list.stream().reduce(Integer::min).get();

min()を使う最小値の取得

最初に説明したとおり、Comparatorを渡さなければなりません。

list.stream().min((x,y)-> x - y).get();
list.stream().min(Integer::compare).get();

間違いの解説

以下の最初の行がComparatorの代わりにInteger.minを指定する間違いです。これと等価なのが第二行目のreduceです。minの結果は正負判定に使われています。どちらも同じ動作であることを確認してください。

list.stream().min(Integer::min).get();
list.stream().reduce((x,y)->(Integer.min(x,y) <= 0) ? x : y).get();