奖励是假的，能让Qwen提升25%性能却是真的！

鹭羽
2025-05-29
19:02:34

来源：量子位

鹭羽 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

即使RLVR（可验证奖励强化学习）使用错误的奖励信号，Qwen性能也能得到显著提升？

甚至还和真实奖励相差无几。

自从RLVR被DeepSeek-R1带火，RL推理研究层出不穷，走进了蜜月期。

这不，来自华盛顿大学的一群博士生来火上浇油了——

使用Qwen模型（尤其是数学版本），对虚假奖励进行RLVR，仍然可以将MATH-500的绝对准确率显著提升约25%。

团队实验发现：

RLVR通过激活预训练中的推理能力来提升性能，但不考虑奖励信号的正确性。

这彻底颠覆了既往大家对RLVR的认知，原来那些年在虚假奖励上踩过的坑，还真能实现弯道超车？

X上的网友们纷纷表示，强烈建议每位RLVR研究员都来读一读，尤其是那些围绕Qwen模型精心构造奖励函数的研究员们，该瑟瑟发抖了……

Qwen自家的研究员Binyuan Hui也在评论区现身：

也许是预训练数据混合以某种方式意外导致了一些有用的行为，又一次侧面印证了代码推理的重要性。

具体啥情况？下面我们娓娓道来。

虚假奖励带来显著的RLVR增益

此前已有研究证明，RLVR在提升语言模型推理能力上非常有效，核心思想是利用可自动验证的奖励信号优化。

普遍研究都默认优化效果依赖奖励的正确性，但研究团队反直觉地认为其中必有蹊跷——虚假奖励或许也能“变废为宝”？

于是说干就干，开始大胆假设，小心求证。

从实验出发

为测试RLVR提升数学推理能力所需的最低监督下限，团队设计了一系列逐步简化的奖励函数替代标准真实奖励：

1. 真实奖励：使用真实标签对可验证正确的回答给予奖励，将其作为奖励监督质量的上限。
2. 多数投票奖励：在微调前利用模型对训练集进行伪标注，即对每个提示采样64个响应并选取多数答案，再基于这些（可能错误的）标签进行奖励。
3. 格式奖励：进一步弱化奖励信号，奖励所有包含至少一个非空boxed {}表达式的响应，完全忽略回答的数学正确性。
4. 随机奖励：在奖励过程中不提供任何指导，直接给定一个固定概率超参数随机分配奖励，其中1的概率为，0为，主实验中设置。
5. 错误奖励：故意提供错误的监督，只奖励错误答案，即先用多数投票法标注所有训练数据，选择错误标签的子集进行训练，并给予对应的响应奖励。

基于GRPO方法微调Qwen2.5-Math模型，再使用不同奖励函数进行RLVR训练。

实验结果表明，与未调优的基线模型相比，所有奖励函数（即使是设计上存在问题的函数），均能在所有基准测试的前50步内显著提升数学推理性能。

值得注意的是，虚假奖励带来的性能提升，与基于真实标签的RLVR提升幅度，相差只有几个百分点。

例如，在MATH500基准上，使用错误标签奖励进行训练可提升24.6%，而基于真实答案的RLVR提升幅度只有28.8%，即使是提供纯噪音的随机奖励，也仍能带来 21.4%的性能提升。

因此团队证明，即使是完全错误的奖励或随机奖励，也能在Qwen2.5-Math模型中激发性能提升。

但在进一步的研究中，他们发现这种奇怪的增益只有利于Qwen2.5系列模型，其余非 Qwen模型的性能在虚假奖励下几乎无变化，甚至还会出现下降的趋势。

这又是怎么一回事呢？研究团队只好又开始挖掘模型差异的根源。

为什么虚假奖励有效

通过分析Qwen2.5-Math-7B和OLMo2-7B的推理轨迹，团队发现预训练期间，模型学习到的特定推理策略差异是关键。

Qwen2.5-Math-7B频繁生成Python代码辅助思考过程 （占所有回答的 65.0%），尽管无法执行，但这种代码推理行为在一定程度上，与答案准确率高度正相关。

但该模式在其他模型中并未有所发现，例如Llama、Qwen2.5-1.5B以及OLMo2-7B完全不生成代码，无法从此推理策略中获益。

OLMo2-7B-SFT和Qwen2.5-7B虽然也频繁尝试使用代码推理，但该策略反而会降低模型性能。

而基于虚假奖励的RLVR可以有效增强代码推理频率，如Qwen2.5-Math-7B在进行RLVR训练后，代码推理频率在最初15步内，迅速从65%提升至约90%。

此外，通过分析随机奖励也能提升性能的特殊情况，研究人员还发现一个有趣的结论：GRPO的裁剪偏差可能会诱导随机奖励生成有益的训练信号，增加代码推理行为，从而实现性能提升。

One More Thing

本项目是由多位华人学者共同完成的，他们目前都在华盛顿大学的NLP小组读博。

而当论文作者Stella Li在X上发帖介绍自己的论文时，我们注意到评论区有这样一位网友的留言，他指出在模型改进中，也许「结果不重要，推理过程才重要」

Stella Li的回复也提出了另外一种可能，也许错误推理+正确答案或者正确推理+错误答案，可能也会帮助OLMo2-7B-SFT实现类似Qwen在虚假奖励下的性能增益。

另外，作者也温馨提示，现有的以Qwen为中心的RLVR研究可能需要在非Qwen模型上做进一步验证，不要只盯着单一模型做漂亮数值提升的工作，因为那可能意义并不大。

项目链接：https://rethink-rlvr.notion.site/Spurious-Rewards-Rethinking-Training-Signals-in-RLVR-1f4df34dac1880948858f95aeb88872f
代码链接：https://github.com/ruixin31/Rethink_RLVR
论文链接：https://github.com/ruixin31/Rethink_RLVR/blob/main/paper/rethink-rlvr.pdf

参考链接：
[1]https://x.com/StellaLisy/status/1927392717593526780
[2]https://x.com/huybery/status/1927434422934028358
[3]https://x.com/RulinShao/status/1927442751462707524

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