保姆级拆解！从RLHF到RLVR，大型推理模型技术全突破！原理+实战+避坑，一篇吃透！

原创于 2025-09-29 10:09:11 发布 · 1.1k 阅读

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导读：近期，一篇名为《A Survey of Reinforcement Learning for Large Reasoning Models》的综述性文章系统梳理了强化学习（RL）在前沿大型推理模型（LRM）中的应用、挑战与未来方向。本文旨在为领域内的研究者与从业者，提供对该篇综述的专业化、结构化解读，提炼其核心技术脉络与前沿洞见。

一、核心论点：从语言模型（LLM）到推理模型（LRM）的范式跃迁

当前，大型语言模型（LLM）正经历一次关键的能力跃迁，即从主要关注生成流畅、连贯的文本，转向解决需要复杂逻辑、规划与反思的推理任务。该综述明确指出，强化学习（RL）是驱动这一范式转变的核心方法论。

与早期用于对齐人类价值观的强化学习（如 RLHF）不同，当前的前沿趋势是基于可验证奖励的强化学习（Reinforcement Learning with Verifiable Rewards, RLVR）。RLVR 的目标不再是主观的“对齐”，而是客观的“正确性”，它为模型能力的扩展开辟了除预训练数据和参数规模之外的第三条路径——通过强化“思考过程”来提升推理性能。

二、强化学习方法论的演进路径

综述将 RL 在大模型领域的应用演进划分为三个主要阶段，每一次迭代都标志着目标与方法的深化。

图1：从 RLHF 到 RLVR，RL 的应用目标从主观对齐转向客观推理，显著提升了模型的任务解决上限

第一阶段：RLHF (基于人类反馈的强化学习)

核心目标：使模型的输出符合人类的偏好与价值观。

技术路径：通过人类标注员对模型输出进行排序，训练一个奖励模型（Reward Model），该模型作为人类偏好的代理，再通过 PPO 等算法优化 LLM 策略。

代表模型：GPT-3.5, GPT-4。

第二阶段：DPO (直接偏好优化)

核心目标：提升对齐效率与稳定性。

技术路径：绕过显式训练奖励模型的步骤，将偏好数据直接转化为策略优化的损失函数，简化了对齐流程。

代表模型：Llama 3, Qwen 2.5。

第三阶段：RLVR (基于可验证奖励的强化学习)

核心目标：直接激励并提升模型在可客观评估任务上的推理能力。

技术路径：奖励信号来源于确定性的、可被程序自动验证的外部环境。例如，数学问题的答案正确性、代码的单元测试通过率等。

代表模型：OpenAI o1, DeepSeek-R1。

三、RLVR 的核心技术组件拆解

综述系统性地将 RLVR 的技术栈分解为三大基础组件，这构成了当前构建大型推理模型的标准流程。

图2：强化学习基本组件与作为智能体的语言模型

1. 奖励设计 (Reward Design)：定义优化的目标信号

奖励函数是 RL 的灵魂，其设计的优劣直接决定了模型能力的上限。

可验证奖励 (Verifiable Rewards)：RLVR 的基石。在数学、代码等领域，利用自动化的验证器（Verifier）提供最可靠的训练信号。实践中通常结合准确率奖励与格式奖励。

生成式奖励 (Generative Rewards)：针对缺乏客观评价标准的开放域任务，利用一个强大的判别模型（通常是另一个 LLM）来生成评估反馈，作为奖励信号。

密集/稀疏奖励 (Dense/Sparse Rewards)：这是一个关键的权衡。稀疏的最终结果奖励（Outcome Rewards）易于定义但信噪比低；而密集的过程奖励（Process Rewards）能提供更细粒度的指导，但设计和标注成本高昂。

2. 策略优化 (Policy Optimization)：执行参数更新的算法

获取奖励后，模型需通过优化算法来更新其策略网络。

主流算法：目前，以GRPO (Group Relative Policy Optimization) 为代表的“无批评家”（Critic-Free）算法已成为主流。

核心机制：GRPO 放弃了传统的、需要额外训练一个价值网络（Critic）的 Actor-Critic 框架。它通过在每个推理步骤中对一组（Group）生成的候选答案进行评估，并计算相对于该组均值的优势（Advantage），从而构造出低方差的策略梯度。这显著降低了训练的复杂度和计算开销，提升了大规模训练的可行性。

3. 采样策略 (Sampling Strategy)：提升数据效率的机制

RL 的样本效率高度依赖于如何生成用于策略更新的轨迹（Trajectory）。

动态采样 (Dynamic Sampling)：核心思想是实施一种课程学习（Curriculum Learning）。在训练过程中，系统会动态评估每个任务的难度，优先采样那些模型表现处于“中等水平”（即有一定概率成功，但尚未完全掌握）的任务。这避免了在过易或过难的样本上浪费计算资源，从而最大化了每个采样样本的学习效率。

四、深度剖析：RL在关键领域的应用

理论的进步最终要通过实践来检验。该综述在第6节详细阐述了基于RL训练的推理模型如何在多个前沿领域推动技术边界，展现出巨大的应用潜力。

1.编程与软件工程 (Coding Tasks & Software Engineering)

核心应用：RL极大地提升了模型在可验证编程任务上的性能，从解决算法竞赛题，到自动修复代码BUG、提升代码质量，甚至在整个代码库（Repository）层面进行代码生成与维护。

关键机制：利用单元测试、编译器反馈等作为客观、可扩展的奖励信号，通过RLVR闭环优化代码生成策略。

2.智能体任务 (Agentic Tasks)

核心应用：打造能自主使用外部工具（如搜索引擎、计算器、API）的AI智能体，以完成多步骤、交互式的复杂任务，如网页浏览、信息搜集、操作图形界面（GUI）等。

关键机制：RL使智能体能够通过与环境的“试错”来学习最优的工具调用序列和策略，这是通向通用人工智能的重要一步。

3.多模态任务 (Multimodal Tasks)

核心应用：增强模型在图像、视频和3D空间中的理解与生成能力，特别是在需要空间感知和跨模态语义对齐的任务上。

关键机制：RL被用来优化模型的注意力机制和生成策略，例如，通过奖励函数引导模型生成在空间关系、物体数量上更准确的图像，或是在长视频中进行更连贯的事件推理。

4.机器人技术 (Robotics Tasks)

核心应用：解决机器人操作中的核心挑战——数据稀缺和泛化能力差。RL被应用于训练视觉-语言-动作（VLA）模型。

关键机制：允许机器人在模拟环境中通过简单的成功/失败奖励进行自主探索和学习，从而掌握新技能，大幅降低了对昂贵的人工遥操作数据的依赖。

5.医疗领域 (Medical Tasks)

核心应用：在可验证的医疗任务（如医学选择题、影像报告结构化）和开放式生成任务（如生成诊断报告）中提升模型的准确性和推理能力。

关键机制：对于可验证任务，直接使用客观正确性作为奖励信号；对于开放式任务，则探索利用规则、专家知识库或模型生成的评估来构造奖励，推动模型生成更可靠、更专业的医疗文本。

五、前沿争论与未来展望

尽管 RLVR 已取得显著成功，但综述也指出了领域内亟待解决的几个根本性问题。

图3：近年来基于RL训练的推理模型发展迅猛，但也带来了新的挑战

强化学习的角色：是“磨砺”还是“创造”？ RL 究竟是在激发模型预训练阶段已具备的潜在能力（Sharpening），还是在发现全新的、超越预训练数据分布的推理策略（Discovery）？目前学界对此尚无定论。

RL 与 SFT 的边界：在提升模型泛化能力方面，RL 和监督微调（SFT）的优劣关系复杂。普遍认为 RL 更能促进“举一反三”的泛化能力，而 SFT 更倾向于“死记硬背”。然而，最佳实践往往是两者的结合。

未来方向：

将 RL 前置到预训练阶段：探索在模型构建的早期就引入强化学习信号。

高效推理：训练模型学会根据任务难度自适应地分配计算资源（思考时间）。

多智能体与机器人应用：将单体智能扩展到多体协作与物理世界交互，是 LRM 的终极目标之一。

结论

该综述为我们描绘了一幅清晰的技术路线图：强化学习，特别是 RLVR，正成为推动 LLM 向 LRM 演进的核心引擎。它将 AI 的训练范式从被动的模仿学习，推向了主动的、基于环境反馈的探索式学习。理解并掌握这一技术脉络，对于把握下一代人工智能的发展方向至关重要。

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