从推理链到可验证子问题:课程强化学习实现LLM推理的信用分配

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摘要

SCRL是一个课程强化学习框架,通过子问题级归一化和课程学习改进LLM推理中的信用分配,在数学推理基准测试中优于基线。

基于可验证奖励的强化学习(RLVR)在LLM推理中显示出巨大潜力,但基于结果的RLVR在难题上仍然效率低下,因为正确的最终答案轨迹很少,而且样本级别的信用分配无法利用失败尝试中的部分进展。我们提出了SCRL(子问题课程强化学习),这是一个课程RL框架,从参考推理链中提取可验证的子问题,并将最终子问题固定为原始问题。这将难题上的部分进展转化为可验证的学习信号。在算法上,SCRL使用子问题级归一化,在每个子问题位置独立归一化奖励,并将得到的优势分配给相应的答案片段,从而无需外部评分标准或奖励模型即可实现更细粒度的信用分配。我们的分析表明,子问题课程将难题从梯度死区中解救出来,并且随着原始问题难度增加,相对收益更大。在七个数学推理基准测试中,SCRL优于强课程学习基线,在Qwen3-4B-Base上将平均准确率相比GRPO提高了+4.1个百分点,在Qwen3-14B-Base上提高了+1.9个百分点。在AIME24、AIME25和IMO-Bench上,SCRL在Qwen3-4B-Base上进一步将pass@1提高了+3.7个百分点,pass@64提高了+4.6个百分点,这表明在难题推理上具有更好的探索能力。
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来源:https://huggingface.co/papers/2605.22074

摘要

SCRL通过子问题级归一化实现更精细的信用分配,并结合课程学习,解决了基于可验证奖励的强化学习效率低下的问题,在具有挑战性的基准测试上提升了数学推理性能。

基于可验证奖励的强化学习(https://huggingface.co/papers?q=Reinforcement%20learning%20from%20verifiable%20rewards)(RLVR)在 LLM 推理中展现出巨大的潜力,但基于结果的 RLVR 在难题上仍然效率低下,因为正确最终答案的 rollout 非常稀少,并且样本级信用分配(https://huggingface.co/papers?q=credit%20assignment)无法利用失败尝试中的部分进展。我们提出了 SCRL(子问题课程强化学习),这是一种课程 RL 框架,它从参考推理链中推导出可验证的子问题,并将最后一个子问题固定为原始问题。这将难题上的部分进展转化为可验证的学习信号。在算法上,SCRL 采用了子问题级归一化(https://huggingface.co/papers?q=subproblem-level%20normalization),在每个子问题位置独立地对奖励进行归一化,并将相应的优势分配给对应的回答片段,从而在无需外部评分标准或奖励模型的情况下实现更细粒度的信用分配(https://huggingface.co/papers?q=credit%20assignment)。我们的分析表明,子问题课程使难题摆脱了梯度死区,并且随着原始问题难度的增加,相对增益更大。在七个数学推理(https://huggingface.co/papers?q=mathematical%20reasoning)基准测试中,SCRL 优于强大的课程学习基线,在 Qwen3-4B-Base(https://huggingface.co/papers?q=Qwen3-4B-Base)上,与 GRPO(https://huggingface.co/papers?q=GRPO)相比,平均准确率提升了 +4.1 个百分点,在 Qwen3-14B-Base(https://huggingface.co/papers?q=Qwen3-14B-Base)上提升了 +1.9 个百分点。在 AIME24(https://huggingface.co/papers?q=AIME24)、AIME25(https://huggingface.co/papers?q=AIME25)和 IMO-Bench(https://huggingface.co/papers?q=IMO-Bench)上,SCRL 在 Qwen3-4B-Base(https://huggingface.co/papers?q=Qwen3-4B-Base)上进一步将 pass@1(https://huggingface.co/papers?q=pass%401)提升了 +3.7 个百分点,将 pass@64(https://huggingface.co/papers?q=pass%4064)提升了 +4.6 个百分点,表明在困难推理问题上具有更好的探索能力。

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