聚合(Aggregate)操作

Kotlin 的集合包含一些函数, 用于实现常见的聚合(Aggregate)操作 – 也就是根据集合内容返回单个结果的操作. 大多数聚合操作都是大家已经熟悉的, 并与其他语言中的类似操作的工作方式相同:

minOrNull() 和 maxOrNull() 函数, 分别返回最小和最大的元素. 对空集合, 这些函数返回 null.
average() 函数, 返回数值集合中元素的平均值.
sum() 函数, 返回数值集合中元素的合计值.
count() 函数, 返回集合的元素个数.

fun main() {
    val numbers = listOf(6, 42, 10, 4)

    println("Count: ${numbers.count()}")
    println("Max: ${numbers.maxOrNull()}")
    println("Min: ${numbers.minOrNull()}")
    println("Average: ${numbers.average()}")
    println("Sum: ${numbers.sum()}")
}

还有其他函数, 可以取得最小和最大元素, 但使用指定的选择器(selector)函数, 或自定义的 Comparator:

maxByOrNull() 和 minByOrNull() 函数, 参数是一个选择器(selector)函数, 返回的结果是, 经过选择器(selector)函数计算后的结果值最大或最小的那个元素.
maxWithOrNull() 和 minWithOrNull() 函数, 参数是一个 Comparator 对象, 返回的结果是, 根据 Comparator 的比较结果判定为最大或最小的那个元素.
maxOfOrNull() 和 minOfOrNull() 函数, 参数是一个选择器(selector)函数, 返回结果是, 选择器函数的结果值中的最大或最小值.
maxOfWithOrNull() 和 minOfWithOrNull() 函数, 参数是一个 Comparator 对象, 返回的结果是, 选择器函数的结果值中, 根据 Comparator 判定的最大或最小值.

这些函数都对空集合返回 return null. 还有其他替代函数 – maxOf, minOf, maxOfWith, 以及 minOfWith – 这些函数与上面的各个函数功能相同, 但对空集合会抛出 NoSuchElementException 异常.

fun main() {
//sampleStart
    val numbers = listOf(5, 42, 10, 4)
    val min3Remainder = numbers.minByOrNull { it % 3 }
    println(min3Remainder)

    val strings = listOf("one", "two", "three", "four")
    val longestString = strings.maxWithOrNull(compareBy { it.length })
    println(longestString)
//sampleEnd
}

除通常的 sum() 函数外, 还有更高级的求和函数 sumOf(), 它接受一个选择器函数作为参数, 返回结果是对集合所有元素执行这个选择器函数之后的合计结果. 选择器函数可以返回不同的数值类型: Int, Long, Double, UInt, 以及 ULong (对 JVM 平台还支持 BigInteger 和 BigDecimal).

fun main() {
//sampleStart
    val numbers = listOf(5, 42, 10, 4)
    println(numbers.sumOf { it * 2 })
    println(numbers.sumOf { it.toDouble() / 2 })
//sampleEnd
}

折叠(fold) 与简化(reduce)

对于更加专门的情况, 可以使用 reduce() 和 fold() 函数, 它们可以对集合中的元素顺序地执行指定的操作, 然后返回累计结果. 这些操作需要两个参数: 前一次计算的累计值, 以及当前处理中的集合元素.

这两个函数的区别是, fold() 通过参数指定初始值, 并把它用作第一步处理时的累计值, 而 reduce() 的第一步处理, 使用第一个和第二个元素作为操作参数.

fun main() {
//sampleStart
    val numbers = listOf(5, 2, 10, 4)

    val simpleSum = numbers.reduce { sum, element -> sum + element }
    println(simpleSum)
    val sumDoubled = numbers.fold(0) { sum, element -> sum + element * 2 }
    println(sumDoubled)

    // 错误: 计算结果中, 第一个元素没有被加倍
    //val sumDoubledReduce = numbers.reduce { sum, element -> sum + element * 2 }
    //println(sumDoubledReduce)
//sampleEnd
}

上面的示例演示了它们的区别: 计算元素值加倍之后的合计值时, 我们使用了 fold() 函数. 如果将同样的计算函数传递给 reduce(), 会得到不同的结果, 因为它在第一步计算时会使用 list 的第一个和第二个元素, 因此第一个元素不会被加倍.

如果要对集合元素以相反的顺序调用处理函数, 可以使用 reduceRight() 和 foldRight() 函数. 它们的工作方式与 fold() 和 reduce() 函数类似, 但从最末尾的元素开始, 然后继续处理前面的元素. 注意, 如果从右端开始进行折叠或简化操作, 那么计算函数得到的操作参数顺序也会改变: 第一个参数是元素值, 第二个参数是累计值.

fun main() {
//sampleStart
    val numbers = listOf(5, 2, 10, 4)
    val sumDoubledRight = numbers.foldRight(0) { element, sum -> sum + element * 2 }
    println(sumDoubledRight)
//sampleEnd
}

执行操作时还可以使用元素下标作为参数. 这时请使用 reduceIndexed() 和 foldIndexed() 函数, 操作的第一个参数会是元素下标.

最后, 还有对应的函数, 可以对集合元素从右向左执行这样的操作 - reduceRightIndexed() 和 foldRightIndexed().

fun main() {
//sampleStart
    val numbers = listOf(5, 2, 10, 4)
    val sumEven = numbers.foldIndexed(0) { idx, sum, element -> if (idx % 2 == 0) sum + element else sum }
    println(sumEven)

    val sumEvenRight = numbers.foldRightIndexed(0) { idx, element, sum -> if (idx % 2 == 0) sum + element else sum }
    println(sumEvenRight)
//sampleEnd
}

对于空的集合, 所有的简化(reduce) 操作都会抛出异常. 如果要得到 null 值, 请使用对应的 *OrNull() 函数:

如果你需要保存累加计算的中间结果值, 可以使用 runningFold() (或者它的别名函数 scan()) 和 runningReduce() 函数.

fun main() {
//sampleStart
    val numbers = listOf(0, 1, 2, 3, 4, 5)
    val runningReduceSum = numbers.runningReduce { sum, item -> sum + item }
    val runningFoldSum = numbers.runningFold(10) { sum, item -> sum + item }
//sampleEnd
    val transform = { index: Int, element: Int -> "N = ${index + 1}: $element" }
    println(runningReduceSum.mapIndexed(transform).joinToString("\n", "Sum of first N elements with runningReduce:\n"))
    println(runningFoldSum.mapIndexed(transform).joinToString("\n", "Sum of first N elements with runningFold:\n"))
}

如果执行操作时需要使用元素下标作为参数, 请使用 runningFoldIndexed() 或 runningReduceIndexed() 函数.

最终更新: 2024/10/17

聚合(Aggregate)操作

折叠(fold) 与 简化(reduce)

折叠(fold) 与简化(reduce)