华为攻克AI推理「想太多」问题！新方法让大模型推理提速60%，准确率还高了

闻乐
2025-05-30
15:11:27

来源：量子位

S-GRPO团队 投稿

量子位 | 公众号 QbitAI

AI回答问题太慢太长且无用，有没有能让大模型提前停止思考的方法？

华为提出了首个在Qwen3上还有效的高效推理方法——S-GRPO，突破了思维链「冗余思考」瓶颈。

通过 “串行分组 + 衰减奖励” 的设计，在保证推理准确性的前提下，让模型学会提前终止思考，推理提速60%，生成更精确有用的答案。

S-GRPO适合作为当前Post Training（训练后优化）范式中的最后一步，在确保模型预先存在的推理能力不受损害的情况下，使能模型在思维链的早期阶段即可生成质量更高的推理路径，并在思考充分后隐式地提前退出。

S-GRPO对单条完整推理路径进行分段截断

OpenAI o1, Deepseek-R1等推理模型依赖Test-Time Scaling law解决复杂的任务。

然而，过长的思维链序列的生成也显著增加了计算负载和推理延迟，这提高了这些模型在实际应用中的部署门槛，且引入了很多冗余的思考。

S-GRPO的全称为序列分组衰减奖励策略优化（Serial-Group Decaying-Reward Policy Optimization），旨在提升大语言模型（LLM）的推理效率和准确性，解决冗余思考问题。

核心理念

传统的推理优化方法，如GRPO（Group Reward Policy Optimization），采用并行生成多条完整推理路径的方式（如下图左侧所示），并通过0/1奖励机制对每条路径的最终答案进行评价。

然而，这种方法未能充分利用推理过程中的中间信息，也未能有效提升推理效率。

S-GRPO的创新之处在于引入了“早退推理”的概念（如上图右侧所示）。

它通过对单条完整推理路径进行分段截断，生成多个“早退推理”分支（Serial Group），并通过一种指数衰减的奖励机制对这些分支的答案进行评价。

具体来说：

• 早退推理路径（Serial Group）
• 模型在推理过程中，可以在任意中间步骤停止推理并直接生成答案。这些不同位置的早退路径被用于训练模型，以评估在不同推理深度下的推理质量。
• 衰减奖励策略（Decaying Reward Strategy）
• 对于每个早退路径，如果答案正确，则根据其推理深度分配奖励，越早退出推理的正确答案，奖励越高（例如，奖励值按照 的规则递减）；如果答案错误，则奖励为0。这种机制不仅鼓励模型尽早得出正确答案，还确保了推理的准确性。

方法

S-GRPO的训练框架分为三个主要阶段，如下图所示：

• 完整推理展开（Full Thought Rollout）

模型首先生成一条完整的推理路径（

），即从初始思考步骤（

）到最终的推理结束标志（

） 和答案（

）。这一阶段为后续的早退路径生成提供了基础。

• 早退推理展开（Early-exit Thought Rollout）

在完整推理路径的基础上，模型通过随机截断生成多个早退路径（

）。

每条早退路径在截断点插入提示语“Time is limited, stop thinking and start answering. n</think>nn”，明确指示模型停止推理并生成答案（

）。

这些早退路径形成了一个“序列分组”（Serial Group），用于训练模型在不同推理深度下的表现。

• 奖励计算与参数更新（Reward Computation and Parameter Update）

对于每条早退路径，模型根据衰减奖励策略计算奖励值（

），并进一步计算优势值（

）。

这些优势值用于优化模型参数，最终使模型学会在合适的时机停止推理并生成高质量答案。

下图直观地展现了S-GRPO在训练过程中如何采样在不同位置提前退出的completions以及赋予奖励。

对于第一个退出的位置，模型给出的中间答案错误，则将奖励置为0。

对于后续给出正确答案的提前退出，则基于退出位置赋予衰减的正向奖励值，越早退出收益越高，从而鼓励模型探索简洁且正确的思考。

实验结果

为了验证S-GRPO的表现，作者在5个挑战性的推理benchmark上进行了测评，其中包含4个数学推理任务（GSM8K、MATH-500、AMC 2023、AIME 2024）、1个科学推理任务（GPQA Diamond）。

评估指标选用准确率和生成token数量两维度评测。实验选用了R1-Distill-Qwen系列模型（7B,14B）和Qwen3系列模型（8B, 14B）。

实验结果表明S-GRPO显著地超过了现有的baseline。

相较于vanilla的推理模型，S-GRPO平均提高了0.72到6.08个点准确率的同时降低了35.4%到61.1%的生成长度。

S-GRPO在训练集域内（In Domain）的数学推理benchmark上（GSM8K、MATH-500、AMC 2023、AIME 2024）和训练集域外（Out of Domain）的科学推理题目上（GPQA Diamond）都获得了显著的提升，充分证明了该方法的有效性和鲁棒性。

相比于当前其它SOTA高效推理方法，S-GRPO最好的兼顾了正确性和效率。

相比于DEER，S-GRPO在困难问题与简单问题上都能有效降低思考长度并维持精确度。

相比于原始GRPO，S-GRPO显著降低了推理长度的同时有着相近的准确率。

而与其它的高效推理训练方法相比，S-GRPO保持住了准确率，而它们均对回答的准确率性能有损害。

实验还探究了S-GRPO在不同生成长度预算下的性能。

通过控制推理时的生成长度预算由短到长，比较S-GRPO与vaniila CoT在GSM8K和AIME 2024上准确率与实际生成长度的变化。

下图中的实验结果展现出在不同的预算下，S-GRPO都比vaniila CoT的准确率高且生成长度更短。

此外，实验还表明，在长度预算少的情况下，S-GRPO相比vaniila CoT的准确率增益更显著，实际生成长度相近；在长度预算高的情况下，S-GRPO相比vaniila CoT的实际生成长度更短，准确率略高。

S-GRPO相比vaniila CoT的两个变化趋势都更平缓。这表明S-GRPO只需要较低的长度预算就可以达到较高的准确率，反映出S-GRPO可以生成简洁且正确的思考路径。

为了验证S-GRPO中每个设计的有效性，实验设置了三个不同的消融实验。

下表的实验结果表明仅保留two-time rollouts中采样的最短且正确的completion的设置虽然进一步缩短了推理长度，但是会损害模型的推理正确性。

消去对短输出提供高回报的设计，即所有对正确的采样结果都给予高回报，会导致模型推理依旧冗长，这是由于更长的推理更容易取得正确的结果，模型会收敛到探索长序列推理的方向。

移除掉Serial-Group Generation的设计后，S-GRPO退化成GRPO，模型在准确率和推理长度上取得了与w/o. Decaying（All 1）相近的表现，这说明作为S-GRPO中不可或缺的一环，Serial-Group Generation的设计本身不会损害模型在RL中的探索能力。

上图中对比了S-GRPO与vanilla推理过程以及相同thinking budget下硬截断迫使模型给出结论的输出内容对比。

尽管同样给出了正确的答案，S-GRPO仅使用了一半不到的思考budget，证明了S-GRPO有效解决了overthinking问题。

假如直接对原始推理内容在相同thinking budget处截断，模型无法基于已有的思考内容得到正确的结论，这说明S-GRPO更精确地定位到了准确的解题思路。

这样就有效地帮助模型向简洁且正确的思考路径收敛，避免了对于每个解题路径浅尝辄止的underthinking问题。

感兴趣的朋友可到原文查看更多细节。

论文标题：S-GRPO: Early Exit via Reinforcement Learning in Reasoning Models
论文链接：https://arxiv.org/abs/2505.07686

— 完 —

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