统计数组中符号变化次数的两种实现方式

1. 概述

本文将介绍两种统计数组中符号变化次数的方法。首先，我们通过直观的遍历算法实现——遍历数组时，每当检测到符号变化就增加计数器。然后，我们将利用Java Stream以函数式编程风格实现相同功能。过程中会讨论零值处理等边界情况，最终实现高效且可读的解决方案。

2. 迭代法实现

先从简单的循环实现开始，检查每对相邻元素的符号差异。为保持示例统一，使用如下数组：

int[] sampleArray = {1, -2, -3, 4, 0, -1, 5};

实现方法将比较当前元素与前一个非零元素的符号，检测到变化时递增计数器：

int countSignChanges(int[] arr) {
    if (arr == null || arr.length < 2) {
        return 0;
    }
    int count = 0;

    int prevSign = Integer.signum(arr[0]);

    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        int currentSign = Integer.signum(arr[i]);

        if (currentSign != 0 && prevSign != 0 && currentSign != prevSign) {
            count++;
        }

        if (currentSign != 0) {
            prevSign = currentSign;
        }
    }

    return count;
}

⚠️ 关键点解析：

• 使用Integer.signum()将值标准化为-1/0/1，便于直接比较
• 跳过零值避免误判符号变化（踩坑提示：零值会干扰符号判断）
• 仅当遇到非零值时更新prevSign

**算法时间复杂度O(n)，空间复杂度O(1)**，适合中等规模数据处理。测试用例验证：

@Test
void givenArray_whenExistsSignChanges_thenReturnSignChangesQuantity() {
    int result = countSignChanges(sampleArray);
    assertThat(result).isEqualTo(4);
}

✅ 预期结果：4次变化（1→-2，-3→4，4→-1，-1→5），零值被正确忽略

3. Java Stream实现

虽然符号统计本质是迭代任务，但可以用Stream表达相同逻辑：将元素与前驱配对，再过滤符号差异。Stream实现如下：

int countSignChangesStream(int[] arr) {
    if (arr == null || arr.length < 2) {
        return 0;
    }

    int[] signs = Arrays.stream(arr)
        .map(Integer::signum)
        .filter(s -> s != 0)
        .toArray();

    return (int) IntStream.range(1, signs.length)
        .filter(i -> signs[i] != signs[i - 1])
        .count();
}

⚠️ 性能提示：

• 声明式代码更简洁，但会创建中间数组和流
• 时间复杂度仍为O(n)，但内存消耗高于命令式版本

测试验证与迭代法结果一致：

@Test
void givenArray_whenUsingStreams_thenReturnSignChangesQuantity() {
    int result = countSignChangesStream(sampleArray);
    assertThat(result).isEqualTo(4);
}

4. 方案对比

两种方案的核心差异总结：

维度	迭代法	Stream法
性能	✅ O(n)时间 + O(1)空间	❌ O(n)时间 + O(n)空间
可读性	⚠️ 需理解循环逻辑	✅ 声明式更直观
适用场景	性能敏感/大数据量	代码简洁性优先

选择建议：

• 迭代法：对性能有硬性要求时（简单粗暴的解决方案）
• Stream法：团队熟悉函数式编程时（现代Java实践）

完整源码见GitHub仓库