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分支策略优化:面向沙盒的原生语言智能体强化学习

文章摘要

提出分支策略优化(BPO),利用沙盒的确定性、可快照和可恢复特性,通过共享前缀的树形 rollout 拓扑降低策略梯度方差,在多个基准上较 GRPO 和 RLOO 提升 3.6-6.1 个绝对百分点。

来源arXiv Machine Learning作者: Bowei He, Yankai Chen, Xiaokun Zhang, Xue Liu
分支策略优化:面向沙盒的原生语言智能体强化学习
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强化学习已成为训练与可执行沙盒交互的大型语言模型(LLM)智能体的主流范式。当前最先进的算法如 PPO、RLOO 和 GRPO 继承了 RLHF 的 rollout 拓扑:对每个提示,从初始状态采样 N 条独立轨迹,并减去组基线计算优势。然而,这种设计忽略了智能体沙盒的一个关键特性——它们具有确定性、可快照和可从任意中间状态恢复的能力。研究者指出,这一特性可以实现一种根本不同的 rollout 拓扑:不是构建 N 棵独立的深度为 T 的轨迹树,而是构建一棵具有 N 片叶子的树,其中兄弟叶子共享前缀,因此共享方差。

在即将发表于 WAIC Academic 2026 的论文中,研究者提出了分支策略优化(Branching Policy Optimization, BPO),一种原生利用沙盒特性的强化学习算法。BPO 不采用独立轨迹,而是构建一棵具有 N 片叶子的树,其中兄弟叶子共享前缀。具体流程包括:在主幹轨迹的高熵决策点自适应创建沙盒快照;在分支点分叉出 K 个替代动作并各自执行至终止;计算兄弟轨迹每步收益的优势,而非基于独立提示。理论证明该估计无偏且方差严格低于轨迹级基线,降低量等于前缀可解释的收益方差部分。

在 WebShop、ALFWorld 和 SWE-bench Verified 基准上,以 Qwen2.5-7B 和 Llama-3.1-8B 为骨干,BPO 以相同计算量比 GRPO 和 RLOO 成功率绝对提升 3.6-6.1 个百分点,梯度范数方差减半,且仅需 38% 的策略更新即可达到最佳基线水平。该工作为沙盒环境中的 LLM 智能体训练提供了新的高效范式。

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要点

  • BPO 利用沙盒可快照和可恢复的特性,构建共享前缀的树形 rollout 拓扑,替代独立轨迹采样。
  • 该算法在决策点分支并计算兄弟轨迹间的优势,理论上证明方差严格低于轨迹级基线。
  • 在 WebShop、ALFWorld 和 SWE-bench Verified 上,BPO 在相同算力下绝对成功率提升 3.6-6.1%,梯度范数方差减半。

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