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分支策略優化:面向沙盒的原生語言智能體強化學習

文章摘要

提出分支策略優化(BPO),利用沙盒的確定性、可快照和可恢復特性,通過共享前綴的樹形 rollout 拓撲降低策略梯度方差,在多個基準上較 GRPO 和 RLOO 提升 3.6-6.1 個絕對百分點。

來源arXiv Machine Learning作者: Bowei He, Yankai Chen, Xiaokun Zhang, Xue Liu
分支策略優化:面向沙盒的原生語言智能體強化學習
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強化學習已成為訓練與可執行沙盒交互的大型語言模型(LLM)智能體的主流範式。當前最先進的算法如 PPO、RLOO 和 GRPO 繼承了 RLHF 的 rollout 拓撲:對每個提示,從初始狀態採樣 N 條獨立軌跡,並減去組基線計算優勢。然而,這種設計忽略了智能體沙盒的一個關鍵特性——它們具有確定性、可快照和可從任意中間狀態恢復的能力。研究者指出,這一特性可以實現一種根本不同的 rollout 拓撲:不是構建 N 棵獨立的深度為 T 的軌跡樹,而是構建一棵具有 N 片葉子的樹,其中兄弟葉子共享前綴,因此共享方差。

在即將發表於 WAIC Academic 2026 的論文中,研究者提出了分支策略優化(Branching Policy Optimization, BPO),一種原生利用沙盒特性的強化學習算法。BPO 不採用獨立軌跡,而是構建一棵具有 N 片葉子的樹,其中兄弟葉子共享前綴。具體流程包括:在主幹軌跡的高熵決策點自適應創建沙盒快照;在分支點分叉出 K 個替代動作並各自執行至終止;計算兄弟軌跡每步收益的優勢,而非基於獨立提示。理論證明該估計無偏且方差嚴格低於軌跡級基線,降低量等於前綴可解釋的收益方差部分。

在 WebShop、ALFWorld 和 SWE-bench Verified 基準上,以 Qwen2.5-7B 和 Llama-3.1-8B 為骨幹,BPO 以相同計算量比 GRPO 和 RLOO 成功率絕對提升 3.6-6.1 個百分點,梯度範數方差減半,且僅需 38% 的策略更新即可達到最佳基線水平。該工作為沙盒環境中的 LLM 智能體訓練提供了新的高效範式。

展開要點與分析

文章情報

工程師進階

要點

  • BPO 利用沙盒可快照和可恢復的特性,構建共享前綴的樹形 rollout 拓撲,替代獨立軌跡採樣。
  • 該算法在決策點分支並計算兄弟軌跡間的優勢,理論上證明方差嚴格低於軌跡級基線。
  • 在 WebShop、ALFWorld 和 SWE-bench Verified 上,BPO 在相同算力下絕對成功率提升 3.6-6.1%,梯度範數方差減半。

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