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第 10 章 可验证强化学习:GRPO、RLVR 与过程奖励

开场问题:数学题最终答案可以自动判对错,还需要昂贵的人工偏好和 value model 吗?

10.1 RLVR 的核心变化是 reward 来源

RLHF 的 reward 来自学习到的人类偏好模型,存在主观性和可被利用的漏洞。RLVR(Reinforcement Learning with Verifiable Rewards)使用程序化验证:数学答案匹配、代码通过测试、定理通过检查器、工具任务达到环境目标。

验证器便宜、稳定、可规模化,能让策略大量探索。这是现代推理模型取得进展的重要条件,不是某个特定 RL 算法单独创造的。

10.2 GRPO 为什么不需要 value model

对同一道题,从旧策略采样 G 个回答,得到 reward \(r_1,\ldots,r_G\)。用组内均值和标准差标准化:

\[ A_i=\frac{r_i-\operatorname{mean}(r)} {\operatorname{std}(r)+\epsilon} \]

同一道题里,比同伴好的回答优势为正,比同伴差的为负。这个组内相对 baseline 取代了单独训练的 critic,省掉一个大模型和一套 value loss。

然后仍用类似 PPO 的概率比、clip 和 KL 约束更新策略。GRPO 不是“不要 reference、不要 old policy、只看 reward”;它主要拿掉的是 value model。

10.3 组内采样的代价与盲点

每题采 G 条意味着 rollout 成本乘 G。如果一组全对或全错,reward 没有方差,标准化后的优势几乎没有信号。太简单和太难的题都浪费生成预算,最有价值的是当前模型成功率位于中间区域的问题。

这自然导出动态课程:根据近期成功率增加处于“学习前沿”的题,降低长期全对/全错题的采样率。但要保留一部分固定锚点,防止课程只追逐短期波动。

10.4 可验证奖励并不等于可靠

验证器也会有漏洞:

  • 数学只抽取最终数字,忽略单位和条件。
  • 代码测试覆盖不全,硬编码样例也能通过。
  • 格式奖励被大量模板 token 轻易拿满。
  • 工具任务通过篡改环境状态获得高分。

一旦用 RL 优化,策略会主动寻找这些漏洞,速度远超人工发现。训练前要把验证器当安全边界做对抗测试,训练中监控 reward 与独立评测是否脱钩。

10.5 长思维链是怎样出现的

若复杂题上更长探索有机会获得更高正确率,RL 会提高产生自检、回溯和多方案尝试的轨迹概率。长 CoT 是在 reward 与生成预算共同作用下形成的策略,不是把“请一步步思考”写进 prompt 就等价。

但更长不必然更好。模型可能学会反复改写、伪装检查或拖延最终答案。需要同时监控正确率、推理 token 数和单位正确答案成本,并对无效冗长施加预算或轻微惩罚。

这里只讲 RL 如何把思维链训长。这条思维链本身为什么能提高准确率、预算怎么控、怎么评测、怎么蒸馏进小模型,是下一章的完整主题。

10.6 outcome reward 与 process reward

ORM 只看最终结果,可靠、便宜,但 credit assignment 粗。PRM 给中间步骤评分,信号密、学习快,但要有步骤标注或可靠步骤验证器,而且可能奖励看似合理的伪过程。

可程序验证的中间状态最可信,例如编译是否通过、单元测试到哪一步、定理检查器是否接受。纯语言 PRM 应与最终结果共同使用,不能取代结果验证。

10.7 奖励组合

常见 reward 包括 correctness、format、tool success、安全、长度/KL。把它们简单线性相加会产生尺度问题:一个容易刷满的格式分可能压过稀疏的正确性分。

优先顺序应是:

  1. 能做硬约束的先做门禁。
  2. 主要任务结果作为主 reward。
  3. 格式和长度只做小幅 shaping。
  4. 每个分量单独记录,不只看总 reward。

若总 reward 上升而独立正确率不升,应立刻停训检查 hacking。

10.8 从 SFT 到 RLVR 的完整流程

  1. 基座经过高质量 SFT,能稳定输出目标格式和基本推理。
  2. 准备带验证器的问题池,按难度与来源切分。
  3. 用当前策略对每题采样一组轨迹。
  4. 执行验证器,过滤基础设施错误,计算各 reward 分量。
  5. 组内估计优势,做受 clip 与 KL 约束的策略更新。
  6. 频繁同步新策略并重新 rollout。
  7. 在固定独立集上测准确率、长度、稳定性和通用回归。

任何一步都可能成为瓶颈:生成吞吐看第二册,算法正确性看本章,验证器可信度看第 14–16 章。

核心问答

Q:GRPO 比 PPO 少了什么? 少了单独的 value model/critic,用同题多条轨迹的组内相对 reward 作为 baseline;policy、old policy 概率和 KL 约束仍然存在。

Q:为什么每题要采多个回答? 需要组内比较估计相对优势,也提供探索多种解法的机会。代价是生成成本成倍增加。

Q:全对或全错的一组为什么没信号? 组内 reward 相同,无法判断哪条轨迹相对更好,标准化优势接近零。

Q:RLVR 最大风险是什么? 验证器漏洞。策略会学会最大化可测 reward,而不一定完成真实目标。