Boosting Reinforcement Learning with Verifiable Rewards via Randomly Selected Few-Shot Guidance
通过随机少样本指导增强可验证奖励强化学习
🧭 LLM
University of Illinois Urbana-Champaign
提出 FEST 算法,仅用 128 个随机 SFT 演示,通过半在线 DPO 和衰减权重实现 RLVR 的显著提升
动机
Reinforcement Learning with Verifiable Rewards (RLVR) 在数学推理等任务上表现优异,但面对复杂问题时样本效率低下——一旦一个 batch 中全是错误答案,优势为零,无法提供学习信号。现有演示引导的 RLVR 方法(如 HPT、ReLIFT)尝试在 RL 失败时引入 SFT,却依赖大量昂贵的高质量推理数据,制约了可扩展性。本文希望探索:能否仅用极少随机选择的 SFT 演示(few-shot)就大幅提升 RLVR 的性能?
方法关键点
- 提出 few-shot demonstration-guided RLVR 范式:用随机采样的 128 个 SFT 示例提供专家信号,其余问题仅用布尔奖励的 RLVR。
- 设计 FEST 框架,组合 GRPO(用于答案唯一数据集)和半在线 DPO 损失(用于少样本 SFT 数据):SFT 推理作为正例,agent 自身生成为负例。
- 阐明了三个关键成分:(1) 监督信号——从 SFT 学习专家推理;(2) 在策略信号——用 agent 自己的 rollout 作为负例对抗训练,缓解曝光偏差并扩大探索基础;(3) 衰减权重——防止在小数据集上过拟合。
- 针对 DPO(序列级)与 GRPO(token 级)梯度不匹配问题,提出 FEST‑GRPO 变体,将 DPO 分解为加权 SFT 和带负优势的 GRPO,使梯度尺寸一致。
- 引入自适应β:根据问题可解性(全错/有对有错/全对)赋予不同 β 值,精细控制学习强度。
关键实验与结果
在 Qwen2.5‑Math‑1.5B 上,用 OpenR1‑Math‑46K 的随机 128 个样本作为 SFT 数据集,其余作为答案验证 RL 数据。对比 Vanilla RL、RL‑G、LUFFY、CHORD‑ϕ、HPT、ReLIFT 等 baseline。主要指标 Avg@8:
- FEST‑DPO 达到 41.98,FEST‑GRPO 达到 42.38,显著优于纯 RL 的 39.79 及其他方法(如 HPT 38.75、ReLIFT 40.51)。
- Pass@8 方面,FEST‑GRPO 取得 61.06,远超 RL‑G 的 54.84,表明探索潜力更高。
- FEST 在 64 shot 下仍有效,且 FEST‑DPO 随 shot 数增加可逼近全量 SFT 下的 HPT 性能。
- 更换不同的随机 128-shot 子集或使用 LIMOv2 示例,FEST 依旧稳定获益。
- 消融实验证实三个成分缺一不可;MMLU‑Pro 上 FEST 泛化最佳。
最值得记住的一句话
“仅凭 128 个随机选取的 SFT 演示,FEST 就能让 RLVR 性能显著超过所有对比方法,甚至匹配用全量数据训练的效果。”