从“强化学习”到“PPO训练算法”【LLM大语言模型】

【大模型】从强化学习到PPO训练

第一部分:前言

笔者研究大模型和强化学习相关领域已有一段时日。大语言模型(Large Language Model, LLM)在近几年迎来爆炸式发展,为自然语言处理、对话系统、自动代码生成等领域带来了全新的机遇。特别是在有了人类偏好训练(RLHF:Reinforcement Learning from Human Feedback) 这一思路之后,如何高效地将人类反馈与强化学习的范式相结合,就成了下一代大模型的“核心暗器”。

要想领悟 RLHF 的精髓,其中不可回避的算法之一就是PPO(Proximal Policy Optimization,近端策略优化)。它能在保证一定训练稳定性的同时,最大限度地让大模型根据人类的打分或偏好进行更新。 Hugging Face 团队开源的 TRL (Transformers Reinforcement Learning) 库,让大家可以在自己的语言模型之上跑 PPO、训练大语言模型的对话质量或者某些特定任务的完成质量,乃至让模型生成更优雅、更高效的代码。

本博文将分为若干个层层递进的章节,从初步概念到原理分析、从 PPO 到 RLHF 再到大模型代码生成,并包含部分关键代码的示例。


第二部分:强化学习的核心思路与 RLHF 概念

2.1 强化学习的要素

为了让后续的 PPO 讲解更有意义,我们先来简单回顾一下强化学习(Reinforcement Learning, RL)的核心构架。

  • Agent 与 Environment: 在 RL 中,智能体(Agent)与环境(Environment)对话。Agent 依据环境状态(state)采取行动(action),从环境获得奖励(reward)以及新的状态。
  • 策略(Policy): Agent 选择行动的“法则”或“函数”称为策略。策略可以是确定性的,也可以是随机的(例如 π ( a ∣ s ) \pi(a|s) π(as))。
  • 价值函数(Value Function): 衡量某个状态(或状态-动作对)在长期内能获得奖励的期望值。常见的如 V ( s ) V(s) V(s)或 (Q(s, a)) 。
  • 目标: 最大化总回报(cumulative reward),或期望回报。

而在自然语言处理的大模型场景下,Agent 就是我们的语言模型,Environment 则是“人类反馈打分”或“训练脚本里自定义的一套奖励函数”。我们希望让语言模型的回答越来越符合人类的期望,让这条“策略”持续地被强化。

2.2 人类偏好训练(RLHF)

当大语言模型出现之后,如何让模型“更懂人意”,便催生了RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback) 的想法。它的逻辑大体是:

  1. 先训练一个监督微调(SFT, Supervised Fine-tuning) 的模型(或许最早只是预训练的模型加上人工标注数据),让模型初步学会如何回答问句、完成摘要或生成代码等;
  2. 然后训练一个奖励模型(Reward Model),这个奖励模型可以把生成的内容与人类偏好对应起来,比如给“安全、有用”的回答更高分,给“胡说八道、有害”的回答更低分;
  3. 接着再使用强化学习的方法,让语言模型(即 Agent)在生成内容后,奖励模型进行打分,把这个分数当做 reward,去更新策略。

其中最关键的一点就是如何在大规模语言模型上执行强化学习。市面上出现了许多做法,包括 PPO、DPO、RLAIF、自己写一个 REINFORCE、基于 Actor-Critic、甚至基于鞅逼近(SGD + 边界)的方式,等等。
在 Hugging Face 的 TRL 库 中,他们主要选择了PPO 这一方法,因此也就成了大家接触 RLHF 时的首选之一。


第三部分:PPO(近端策略优化)的原理

3.1 PPO 的魅力

PPO 之所以广受欢迎,是因为它对策略梯度算法做了一个“裁剪”更新,保证每一次更新不会太激进,从而提高训练的稳定性。在经典的策略梯度(Policy Gradient)或 REINFORCE 框架里,更新过大会让训练非常不稳定;而 PPO 引入了一个目标函数剪裁(Clipped Objective),在保持一定更新步幅的同时,避免过度离开旧策略。

PPO 的核心损失可表述为:

L C L I P ( θ ) = E t [ min ⁡ ( r t ( θ ) A ^ t , clip ( r t ( θ ) , 1 − ϵ , 1 + ϵ ) A ^ t ) ] L^{CLIP}(\theta) = \mathbb{E}_t \left[ \min(r_t(\theta) \hat{A}_t, \text{clip}(r_t(\theta), 1-\epsilon, 1+\epsilon)\hat{A}_t)\right] LCLIP(θ)=Et[min(rt(θ)A^t,clip(rt(θ),1ϵ,1+ϵ)A^t)]

其中:

  • r t ( θ ) = π θ ( a t ∣ s t ) π θ old ( a t ∣ s t ) r_t(\theta) = \frac{\pi_\theta(a_t|s_t)}{\pi_{\theta_{\text{old}}}(a_t|s_t)} rt(θ)=πθold(atst)πθ(atst)表示新旧策略在同一动作下的概率比;
  • A ^ t \hat{A}_t A^t表示优势函数(Advantage Function),衡量当前动作比平均策略好多少;
  • ϵ \epsilon ϵ是一个超参数,一般取 0.1 或 0.2 之类;
  • clip ( r t ( θ ) , 1 − ϵ , 1 + ϵ ) \text{clip}(r_t(\theta), 1-\epsilon, 1+\epsilon) clip(rt(θ),1ϵ,1+ϵ)用于约束更新幅度。

如果这个概率比 r t ( θ ) r_t(\theta) rt(θ)离 1 太远,就会被裁剪。这样做的好处是:不至于在某一轮训练中让策略出现极端跳跃,稳定性大大增强,也更易收敛。

3.2 从 RL 到自然语言生成

在传统的强化学习环境中,状态(state)和动作(action)通常是离散或连续的数值,而在大语言模型中:

  • 状态: 可以理解为“当前对话上下文”或“已经生成的前缀文本”;
  • 动作: 可以理解为“下一步生成的 token(或一段文本)”;
  • 奖励: 可以来自一个外部的“Reward Model”或“人工打分”。

PPO 在这其中扮演的角色非常适合,因为它通过“近端优化”的思路,一次性更新大量参数,却避免走得太远。此外,语言模型往往很庞大,包含数亿乃至千亿参数,PPO 强调小步前进+裁剪更新,就显得十分友好。

在 Hugging Face 的实现中,他们还在策略模型(Policy)旁边保留了一个“参考模型(Reference Model)”,用来计算 KL 散度,使得生成的内容不要偏离初始 SFT 模型太远。这也能理解为某种形式的正则化/惩罚项,为了保证不要“破坏”模型本就学到的知识。


第四部分:一个最基础的 PPO 训练脚本

4.1 Hugging Face TRL 的安装

首先,我们需要安装 trl 库(以及其依赖)。常见做法是直接:

pip install trl

官方库地址在这里,可以自行查阅里面的示例脚本。

4.2 Minimal PPO 训练示例

在 TRL 的官方示例中,有一个极简的 PPO 训练脚本 ppo.py。它为了验证训练器是否正常工作,往往会用一个 “虚拟的奖励模型” 作为打分依据(例如随便定义一个评分函数),然后尝试用 PPO 更新模型。

示例命令行可以是:

python examples/scripts/ppo/ppo.py \
    --dataset_name trl-internal-testing/descriptiveness-sentiment-trl-style \
    --dataset_train_split descriptiveness \
    --learning_rate 3e-6 \
    --num_ppo_epochs 1 \
    --num_mini_batches 1 \
    --output_dir models/minimal/ppo \
    --per_device_train_batch_size 64 \
    --gradient_accumulation_steps 1 \
    --total_episodes 10000 \
    --model_name_or_path EleutherAI/pythia-1b-deduped \
    --missing_eos_penalty 1.0

这里用到的参数说明大致如下:

  • --dataset_name:指定了某个数据集,比如可以是 huggingface 上的一个包含文本的 dataset;
  • --learning_rate:学习率;
  • --num_ppo_epochs:我们打算跑几轮 PPO 迭代;
  • --per_device_train_batch_size:单卡上的 batch size;
  • --total_episodes:总的 episodes 数量,这里等价于 RL 里的轨迹(trajectories)个数;
  • --model_name_or_path:选择一个基础模型,比如 EleutherAI/pythia-1b-deduped
  • --missing_eos_penalty:一种“EOS 技巧”,会对没有生成EOS token的序列做一个惩罚,鼓励模型学会收尾。

当然,这个脚本本身只是一种最简单的演示,让大家可以先确认“哦,PPO 训练流程能跑起来啦。”再往后我们就可以把这个流程扩展到更真实的 RLHF 应用。

4.3 Weights & Biases 或其它可视化

在训练 PPO 时,我们会跟踪许多指标,可以通过 Weights & Biases 或类似工具可视化,这包括:

  • eps:每秒的 episodes 数;
  • objective/kl:当前策略和参考策略之间的平均 KL 散度;
  • objective/entropy:策略的平均熵值,代表模型生成结果的多样性;
  • objective/rlhf_reward:平均 RLHF 奖励分数;
  • objective/scores:奖励模型的原始评分;
  • policy/approxkl_avg:策略之间的近似 KL;
  • policy/clipfrac_avg:策略更新被剪裁的平均比例;
  • loss/policy_avgloss/value_avg:策略和价值函数的损失;
  • 以及学习率、episode 计数等等。

如果发现某些指标(比如 KL 一路狂飙到 1000,或者 reward 就不涨)就要去排查可能是训练超参数不合适、数据分布有问题、或者出现数值爆炸等等。


第五部分:PPO 与大模型代码生成

5.1 为什么要让大模型生成更高效的代码?

既然 NLP 大模型能写博客、能写论文摘要、当然也能写代码。那么为什么要给它做 PPO 呢?最常见的出发点无外乎:

  1. 质量:我们想让模型生成的代码正确率更高、效率更高、对边界情况处理更完善;
  2. 风格:有些场景下我们需要统一的命名风格、注释风格、或者符合某种编程规范;
  3. 安全:某些代码生成场景需要过滤掉安全风险,如泄露隐私、无权操作文件系统等。

若只用“简单的监督学习”去教模型写代码,模型也许能学到基础的语法和常见库的调用方式,但当需要让它“更进一步”符合开发者需求,或者在多种潜在实现中选择效率更高的实现,就需要引入一个“reward”或“人类偏好打分”。例如:

  • 我们可以给同一个功能的多种代码实现,通过某种自动化测试或性能 Benchmark 给出评分,跑得越快得分越高;
  • 又或者在人类代码审查后给评分,让 PPO 优化朝向“可读性更好”“低耦合度”“高内聚度”的目标。

5.2 构建一个奖励模型(举例说明)

在实际项目中,如何构建Reward Model并非完全固定。大致有几种思路:

  • 自动评分:比如让生成的代码自动编译并运行特定用例测试,通过测试覆盖率、执行速度等指标给出 reward;
  • 人类评分:请程序员给一些模型生成的代码打分,然后训练出一个打分模型;
  • 混合方式:先用人类打分数据训练一个基础的 reward model,然后再加一些自动化脚本辅助。

下面就设想一个简化场景:假如我们要让模型生成某个函数功能的 Python 代码,然后运行后测一下执行时间,再做一个简单的打分(越快得分越高)。理论上我们可以这样伪代码:

def code_quality_reward(code_str):
    # 1. 写到本地一个 temp.py 文件
    with open("temp.py", "w") as f:
        f.write(code_str)
    # 2. 尝试运行并计时
    start = time.time()
    run_success = run_the_code("temp.py")  # 这可能是subprocess调用
    end = time.time()
    
    if not run_success:
        return -10  # 运行失败就扣分
    
    elapsed = end - start
    # 假设我们希望越快越好,就可以做一些简单转换
    # 例如: reward = 10 - elapsed (大约跑1秒返回9分, 跑5秒返回5分等)
    reward = 10 - elapsed
    return reward

这个 reward 可以非常粗糙,但能表达“运行速度”这个偏好。然后我们就把这个函数替换到 PPO 训练中,让生成的代码自动被打分,分数高就让策略更新的优势大。训练若能稳定收敛,模型就能学会如何产生更高效的代码结构(至少在它的训练范式下)。

5.3 训练流程概览

那么在实际操作中,我们可能会做以下流程:

  1. 准备初始模型:加载一个支持文本生成的模型(如 LlaMA / Qwen / Gemma 等);

  2. 数据集准备:准备一堆自然语言指令或函数描述,比如“实现一个快速排序函数”,“实现一个斐波那契计算并行版本”,等等;

  3. 编写奖励函数:如上所述,或者基于自动测试、或者人类打分;

  4. PPOTrainer:用 TRL 里的 PPOTrainer 来跑强化学习迭代,每一轮:

    • 从模型中根据指令采样几段代码;
    • 送到 reward 函数里打分;
    • 计算优势函数并更新策略(模型权重);
  5. 迭代:多轮下来,希望reward 能越来越高。

接下来,我们给一个相对完整的示例(伪代码),帮助大家更直观地看到“在大模型上跑 PPO 做代码生成”的样子。


第六部分:示例——训练大模型生成高效的代码

下面的示例不一定能直接跑通(因为省略了大量工程细节),但是能帮助你理解核心流程。如果想要一个更完整、更可运行的脚本,可参考 Hugging Face 的 TRL 官方示例,或根据本示例做适当扩展。

6.1 主要依赖

import time
import subprocess
import torch
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM
from trl import PPOTrainer, PPOConfig

确保你已经安装了 trl 库,并且能正常导入。

6.2 准备初始模型

model_name = "EleutherAI/pythia-1b-deduped"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
# 注意:有的模型需要添加特殊tokens;也要留意pad_token, eos_token的处理

base_model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name)
base_model_ref = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name)
# 用base_model_ref作为参考模型(计算KL散度时用),保持不训练的状态
base_model_ref.requires_grad_(False)

6.3 构建奖励函数

我们这里简单举例:让生成的 Python 代码可以被成功运行,并计时。再将运行时间转化成一个 reward(越快越好)。注意这纯粹是示例,真实项目可能要更复杂,如测试 correctness。

def measure_time_reward(generated_code):
    # 1. 写到文件
    with open("temp_code.py", "w", encoding="utf-8") as f:
        f.write(generated_code)
    
    # 2. 运行
    start = time.time()
    try:
        subprocess.run(["python", "temp_code.py"], check=True, timeout=5)
        run_success = True
    except subprocess.CalledProcessError:
        run_success = False
    except subprocess.TimeoutExpired:
        run_success = False
    end = time.time()
    
    # 3. 打分
    if not run_success:
        return -5.0  # 运行失败直接负分
    
    elapsed = end - start
    # 简单的线性打分
    # 跑得越快 -> reward 越高. 一般可以再做一些平滑或截断
    reward = 5.0 - elapsed
    return reward

6.4 准备训练数据

我们需要一些“指令”或“题目”告诉模型要实现什么功能。可以是一个简单的 list:

train_prompts = [
    "请实现一个快速排序函数,要求输入一个列表,输出排序后的列表。",
    "编写一段代码,计算前 30 个斐波那契数并打印出来。",
    "用 Python 实现一个二分查找函数。",
    "写一个脚本,将文件夹下所有 .txt 文件的内容合并成一个新文件。",
    # ... 可以自己添加
]

在实际项目中,这些“指令”可能来自真实世界的代码需求,或者一些开源的指令数据集。

6.5 配置并初始化 PPOTrainer

ppo_config = PPOConfig(
    model_name_or_path=model_name,
    learning_rate=3e-6,
    num_ppo_epochs=1,
    # 其它可选的配置...
)

ppo_trainer = PPOTrainer(
    config=ppo_config,
    model=base_model,
    ref_model=base_model_ref,
    tokenizer=tokenizer,
    # reward_model 可以不在此处指定(若已经自定义了reward计算),
    train_dataset=None,  # 后面我们手动喂数据
)

这里我们直接把 train_dataset 设置成 None,因为我们会自行在循环中处理 prompt -> 生成 -> 计算 reward -> 更新的过程。当然你也可以给定一个 dataset,让 trainer 自动完成采样。

6.6 PPO 训练循环

下面是一个非常简单的训练循环逻辑示例:

num_episodes = 10000
batch_size = 4  # 每个训练step从多少prompt里采样

for episode_i in range(num_episodes):
    # 1. 随机采样一些 prompts
    prompts = random.sample(train_prompts, batch_size)
    
    # 2. 让模型生成代码
    #   这里要注意 max_new_tokens, temperature, top_k, eos_token, 等等
    tokenized_prompts = tokenizer(prompts, return_tensors="pt", padding=True).to(base_model.device)
    with torch.no_grad():
        gen_outputs = base_model.generate(**tokenized_prompts, max_new_tokens=100)
    
    # 3. 对生成结果做后处理,并计算 reward
    #    PPO 一般需要分词后的 token 来计算 log_probs
    gen_texts = [tokenizer.decode(g, skip_special_tokens=True) for g in gen_outputs]
    
    rewards = []
    for text in gen_texts:
        # 只取模型新生成的部分作为代码
        # 当然这可能要更精细的方式去定位
        generated_code = text[len(prompts[0]):]  
        
        r = measure_time_reward(generated_code)
        rewards.append(r)
    
    # 4. 计算 PPO 的 loss 并进行更新
    #    PPO 需要把 query (prompt) 与 response (生成) 封装成 rollout 信息
    #    这里使用 trl 的 gather-then-update 接口
    # (注意:实际中需要的格式更多,比如logprobs, values等,需要仔细看官方PPOTrainer用法)
    stats = ppo_trainer.step(prompts, gen_texts, rewards)
    
    # 5. 日志输出
    if episode_i % 100 == 0:
        avg_reward = sum(rewards) / len(rewards)
        print(f"Episode: {episode_i}  AvgReward: {avg_reward:.4f}  Stats: {stats}")

这段循环大概体现了 PPO 训练的精髓:“让模型先做出动作,再计算奖励,最后更新策略”。具体在 TRL 中,需要把 prompts (query)和 responses 搭配在一起计算 log_probs、价值函数值,然后用奖励进行优势估计(advantage calculation),再通过 PPO 的裁剪目标函数做梯度下降。

在真实的项目中,还需要把“参考模型”ref_model 与 base_model 的输出都计算一下,以便拿到 KL 惩罚等。TRL 库会替你做很多底层操作,但你需要给它喂正确的东西并配置对的超参数。
这样一来,随着训练进行,reward 应该逐渐变高,也就是我们让模型学会了在有限的时间内给出可运行、且更高效的代码实现。


第七部分:PPO 训练过程中的关键指标与调试

7.1 RLHF 指标

正如前文所提,objective/rlhf_reward 一般是我们最关心的指标。如果它一直在涨,说明训练大概率往对的方向走;如果它不涨甚至发散,就需要看看是不是下面问题:

  • 学习率过大导致梯度爆炸或 KL 爆炸;
  • cliprange 设置不当;
  • reward 函数设计不合理(随便让 model 得到高 reward,却没有真正学到可行输出);
  • 训练脚本本身的 BUG 等。

7.2 KL 散度

很多 RLHF 实现都会把 KL 当作“惩罚项”,以免模型输出离原先 SFT 模型差距过大。因为大模型通常在指令任务上已经很强了,我们并不想让它推翻先前的所有学习成果,而是做适度微调。

如果观测到 KL 爆炸增长,则说明新策略与旧策略差距太大。可以适度调小学习率,或者加大 KL 系数、减少梯度步数等等。

7.3 如何查看生成示例

在实际操作中,我们往往还会在每隔 N 步的时候采样一些生成结果看看,确认模型有没有变得“奇怪”。比如在 Weights & Biases 的可视化中,可以把 prompt、model response、reward、参考 model response 等都 log 进去,方便查看训练进程中语言模型的输出变化。


第八部分:将 PPO 扩展到更大规模模型

8.1 模型规模与分布式训练

在小规模(几亿参数)模型上跑 PPO 通常还比较容易,但若是到百亿、千亿级别就要考虑分布式训练(GPU 多卡并行、甚至多机多卡)以及优化器的内存占用。Hugging Face 推出的 AccelerateDeepSpeed 深度结合,就能让这些大模型在多 GPU 环境下进行扩展式训练。

例如,你可以用如下方式启动训练脚本,实现 DeepSpeed stage-3 的并行:

accelerate launch --config_file examples/accelerate_configs/deepspeed_zero3.yaml \
    ppo_training_script.py \
    --model_name_or_path EleutherAI/pythia-1b-deduped \
    --per_device_train_batch_size 16 \
    --gradient_accumulation_steps 4 \
    --num_ppo_epochs 4 \
    ...

这样就能在有限 GPU 的前提下更好地利用内存进行大模型的微调。

8.2 Checkpoint 与在线评估

PPO 训练往往要做很长时间,因此每隔一段里程碑(例如 1000 episodes)最好做一次 checkpoint,保存模型权重。这样不仅可以预防训练崩溃后无处恢复,也可以让你在不同时间点比较一下生成质量。在大规模项目中,也会有在线评估的需求,比如设置一批验证指令,每隔 N 步去看看模型表现是否有提升或退化。


第九部分:PPO 和 RLHF 的那些“实现细节”

在 Hugging Face 官方的资料中,提到了一些在使用 PPO 做 RLHF 时的要点,这些也值得我们注意:

  1. KL 惩罚系数:这往往是超参数,需要根据实验效果调节。如果 KL 太小,模型可能会快速走偏;若 KL 太大,模型又可能束手束脚不敢更新。
  2. 价值函数的初始化:在 TRL 的实现中,可以选择从策略模型复制一份当作初始价值函数网络,也可以单独训练一个价值网络。
  3. 白化奖励:有些做法会对奖励进行白化(Whitening),即减去平均值后除以标准差,以让梯度更稳定。
  4. EOS 技巧:给不生成 EOS 的序列一个负面奖励,以鼓励模型尽快收尾,不要无限滥用上下文长度。
  5. 多 batch、GAE 优势估计:在 PPO 里,常常会用广义优势估计(Generalized Advantage Estimator, GAE)来平滑优势函数,减少方差,提高训练稳定性。

所有这些小技巧都能在 TRL 里配置或调参,所以实际应用时务必在超参数表上多做实验。


第十部分:基准实验与结果验证

10.1 “TL;DR” 摘要任务的案例

Hugging Face 也给出了一个关于 “TL;DR” 生成任务的案例研究。他们训练了一个能给 Reddit 贴子生成简短摘要的模型,并进行大量对比:

  • SFT(监督微调)模型的摘要质量;
  • PPO 训练过的模型的摘要质量(通过人类打分);
  • 以及 PPO 不同配置下的性能差异。

他们观察到,使用 PPO 之后,对人类来说更满意的“TL;DR”摘要概率从 33% 提升到了 64.7%。也就是说,RLHF 确实显著提升了模型的表现。
在你自己的项目中,也可以做类似对比:“纯监督 vs RLHF”,看究竟有没有质的飞跃。

10.2 代码生成的案例

虽然 Hugging Face 的官方示例主要关注文本摘要或对话任务,但用 PPO 训练代码生成模型同样大有可为。具体的实验细节包括:

  • 使用 LLaMA 或 CodeGen 之类的基础代码模型做 SFT;
  • 准备一批合成任务或真实项目的函数需求作为 prompt;
  • 写一个或多个自动测试脚本衡量 correctness、效率、代码规范等;
  • 用 PPO 做微调,以提升相应指标。

最终的模型往往能在典型的开发任务上给出更可靠或更高效的实现,从而为实际的开发流程带来时间/人力节省。当然,中间需要投入不少工程精力去设计数据集、reward 函数和基础架构。


第十一部分:在实践中可能遇到的“坑”

最后,分享一些我在使用 PPO + 大模型时踩过的“坑”,也供大家参考或避免:

  1. 梯度爆炸和数值不稳定:在大模型上做 RL,很容易出现梯度爆炸。常用对策:降低学习率;增大 batch_size;或使用梯度裁剪。
  2. KL 爆炸:如果 KL 系数太小,模型更新就“肆无忌惮”地走向未知分布,导致 KL 爆炸,训练崩溃。要么提升 KL 惩罚,要么用 more cautious 的超参数。
  3. Reward 漏洞:有时模型会学到“投机取巧”的方式来获取高 reward,却没真正完成任务。这时要么改进 reward 函数,要么在 reward 中增加多重约束。
  4. Prompt 设计不够多样:如果只给模型很少或单一类型的指令,模型也许在这个小范围内得到了极高分数,但泛化能力不足。需要更多样化的 prompt 。
  5. 训练时间和算力消耗:PPO 在大模型上迭代效率不算很高,特别是如果 reward 函数包含外部编译/运行测试环节,会极大拉长训练时间。要做好算力和时间的计划。

第十二部分:总结与展望

从最早的 AlphaGo 深度强化学习,到现在对话系统、代码生成、内容过滤等等,无不在用 RLHF 来让大模型更好地对齐人类需求。而其中,PPO 因为其相对稳定易用的特性,在众多 RL 算法中依然扮演着重要角色。

在本篇幅较长的博客里,我从基础强化学习概念,到 PPO 原理,再到如何用 Hugging Face TRL 在大模型上跑 PPO,然后结合一个“生成更高效 Python 代码”的场景示例,还穿插了各种落地细节与踩坑心得。
希望大家读完能够对以下几个问题有更清晰的答案:

  1. 为什么要把 PPO 用到语言模型或代码生成? 因为我们可以构造任意我们关心的 reward,指导模型做更对人意、更有效的输出。
  2. 如何把 PPO 与大模型结合? 通过 RLHF 的范式:SFT 模型作为初始化,用一个 reward model(或自定义打分逻辑)对生成结果给分,PPO 算法则保证策略在收益和稳定性之间取得平衡。
  3. 训练大模型过程中需要注意什么? 需考虑 KL 惩罚、batch_size、reward 设计、分布式训练,以及无数工程上的小坑。
  4. 实际效果如何? 在文本总结、对话安全过滤、代码效率提升等方面都有显著的改进,当然前提是要有合适的数据和合理的 reward。

下一个阶段,我们或许能见到更多新奇的 RLHF 技术,比如 DPO、RLAIF、或者把人类偏好直接融入对比学习等。无论如何,PPO 仍然值得我们深入掌握,因为它相对简洁、易上手,而且社区资源丰富。借助它,你完全可以让你的语言模型在各种你能想到的“奖励函数”上开疆拓土,构建定制化的强力 LLM。


附录:更多参考链接

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