Reinforcement Learning

回顾 PPO [公式] 其中 (q, a) 是 数据集 [Math] 中采样的 questionanswer pair, [Math] 是重要性采样比的clip范围, [Math] 是时间步 t 的优势估计量. 给定 value function V 和 reward function R , [Math] 使用广义优势估计 (GAE) 来计算: [公式] 其中， [公式] GRPO 相比于 PPO, GRPO 去掉了value function 并以分组的方式估计优势。对于特定的问答对 (q, a), behavior policy [Math] 生成了一组 G 个 response \{o_i\}_{i=1}^G . 第 i 个 response 的优势是通过对每组奖励 \{R_i\}_...

💡 GRPO相比PPO主要优势： 背景 GRPO是 DeepSeekMath model中提出的对PPO方法的改进策略： 强化学习(RL)在提升模型数学推理能力方面被证明是有效的 传统PPO算法需要较大训练资源 GRPO作为PPO的变体被提出,可以更高效地优化模型 PPO回顾 PPO的目标函数为: [公式] 其中: [Math] 和 [Math] 分别是当前和旧策略模型 A_t 是优势函数 [Math] 是裁剪相关的超参数 模型训练 如图1上所示，PPO需要同时训练一个Value Model [Math] 和策略模型， 同时需要reference model（通常从SFT model初始化）来限制策略模型训练保持和reference model的行为接近，而 Reward model用来计算...

强化学习基础 改进算法 LLM中的RL

💡 引言 Trust Region Policy Optimization (TRPO) 是2015年的ICML会议上提出的一种强大的基于策略的强化学习算法。TRPO 解决了传统策略梯度方法中的一些关键问题，特别是训练不稳定和步长选择困难的问题。与传统策略梯度算法相比，TRPO 具有更高的稳健性和样本效率，能够在复杂环境中取得更好的性能。 优化基础 在深入了解 TRPO 之前，我们需要先简单回顾一些优化方法的基础知识。 梯度上升法 梯度上升法是一种迭代优化算法，用于寻找函数的局部最大值。 目标：找到使目标函数 [Math] 最大化的参数 [Math] ： [公式] 梯度上升迭代过程： 1. 在当前参数 [Math] 处计算梯度： [Math] 1. 更新参数： 梯度上升法的主要问题是学习率的...

引言 大语言模型（LLMs）在近年来取得了显著进展，展现出上下文学习、指令跟随和逐步推理等突出特性。然而，由于这些模型是在包含高质量和低质量数据的预训练语料库上训练的，它们可能会表现出编造事实、生成有偏见或有毒文本等意外行为。因此，将LLMs与人类价值观对齐变得至关重要，特别是在帮助性、诚实性和无害性（3H）方面。 基于人类反馈的强化学习（RLHF）已被验证为有效的对齐方法，但训练过程复杂且不稳定。本文深入分析了RLHF框架，特别是PPO算法的内部工作原理，并提出了PPOmax算法，以提高策略模型训练的稳定性和效果。 RLHF的基本框架 RLHF训练过程包括三个主要阶段： 1. 监督微调（SFT）：模型通过模仿人类标注的对话示例来学习一般的人类对话方式， 优化模型的指令跟随能力 1. 奖励模...

引言与背景 价值函数方法是强化学习中的核心技术，它解决了传统表格方法在处理大型状态或动作空间时的效率问题。本文探讨了从表格表示向函数表示的转变，这是强化学习算法发展的重要里程碑。 在强化学习的发展路径中，价值函数方法位于从基于模型到无模型、从表格表示到函数表示的演进过程中。它结合了时序差分学习的思想，并通过函数近似技术来处理复杂环境。 价值表示：从表格到函数 表格与函数表示的对比 传统的表格方法将状态值存储在一个表格中： 而函数近似方法则使用参数化函数来表示这些值，例如： [公式] 其中 [Math] 称作是状态 s 的特征向量， w 是参数向量。 两种不同的表现形式的区别主要体现在以下几个方面： 值的检索方式 值的更新方式 函数复杂度与近似能力 函数的复杂度决定了其近似的能力： 一阶线性函...

引言与背景 策略梯度方法是强化学习中的一种重要方法，它标志着从基于价值的方法向基于策略的方法的重要转变。之前我们主要讨论了基于价值的方法（valuebased），而策略梯度方法则直接优化策略函数(policybased)，这是一个重要的进步。 当策略用函数表示时，策略梯度方法的核心思想是通过优化某些标量指标来获得最优策略。与传统的表格表示策略不同，策略梯度方法使用参数化函数 [Math] 来表示策略，其中 [Math] 是参数向量。这种表示方法也可以写成其他形式，如 [Math] 、 [Math] 或 [Math] 。 策略梯度方法具有多种优势： 更高效地处理大型状态/动作空间 具有更强的泛化能力 样本使用效率更高 策略表示：从表格到函数 当策略的表示从表格转变为函数时，存在以下几个关键区别...

概述与理论背景 ActorCritic方法是强化学习中的一类重要算法，它巧妙地结合了基于策略(policybased)和基于价值(valuebased)的方法。在这种结构中，"Actor"指策略更新步骤，负责根据策略执行动作；而"Critic"指价值更新步骤，负责评估Actor的表现。从另一个角度看，ActorCritic方法本质上仍是策略梯度算法，可以通过扩展策略梯度算法获得。 ActorCritic方法在强化学习中的位置非常重要，它既保留了策略梯度方法直接优化策略的优势，又利用了值函数方法的效率。这种结合使得ActorCritic方法成为解决复杂强化学习问题的强大工具。 最简单的ActorCritic算法(QAC) QAC算法通过扩展策略梯度方法得到。策略梯度方法的核心思想是通过最大化标...

引言 时序差分（TemporalDifference，TD）方法是强化学习中的一类核心算法，它结合了动态规划与蒙特卡洛方法的优点。TD方法是无模型（modelfree）学习方法，不需要环境模型即可学习价值函数和最优策略。 TD方法的核心特点是通过比较不同时间步骤的估计值之间的差异来更新价值函数，这种差异被称为"时序差分误差"（TD error）。TD方法可以被视为解决贝尔曼方程或贝尔曼最优方程的特殊随机逼近算法。 基础TD算法：状态值函数学习 给定策略 [Math] ，基础TD算法用于估计状态值函数 [Math] 。假设我们有一些按照策略 [Math] 生成的经验样本 (s_0, r_1, s_1, ..., s_t, r_{t+1}, s_{t+1}, ...) ，TD算法的更新规则为： ...

状态价值（State values） 定义 状态价值是强化学习中的核心概念，用于衡量Agent从某个状态出发、遵循特定策略后所能获得的期望回报。 数学表达为： [公式] 其中： [Math] ：状态 s 的状态价值函数（statevalue function） 或者简称为 状态价值（state value）； [Math] ：智能体遵循的策略； [Math] ：从当前时间步 t 开始的折扣回报； [Math] ：折扣因子，用于平衡即时奖励和未来奖励。 状态价值的特点 依赖于状态 s ：状态价值是条件期望，条件是智能体从状态 s 开始。 依赖于策略 [Math] ：不同策略会生成不同的轨迹，从而影响状态价值。 与时间步无关：状态价值是一个固定值，与当前时间步 t 无关。 代表一个状态的价值。如...

最优策略（Optimal Policy ） 之前在 贝尔曼方程中说过，状态值可以用来评估一个策略是好是坏，这里给出正式的概念： [公式] 那么此时 [Math] 比 [Math] ”更好“ 最优状态值（Optimal State Value）： 最优策略（Optimal Policy）： 性质： 为了说明上述性质， 我们研究贝尔曼最优方程 Bellman optimality equation（BOE） 贝尔曼最优方程（BOE） 定义 分析最优策略和最优状态值的工具是贝尔曼最优方程（BOE）。通过求解此方程，我们可以获得最优策略和最优状态值。 对于每个 s∈S ，BOE 的elementwise表达式为: [公式] 其中， v(s) 和 [Math] 是待求解的未知变量， π(s) 表示状态...

基础概念 GridWord Example 环境描述：网格世界是一个直观的二维环境，包含： 任务目标： 什么是强化学习：依据策略执行动作感知状态得到奖励 所谓强化学习(Reinforcement Learning，简称RL)，是指基于智能体在复杂、不确定的环境中最大化它能获得的奖励，从而达到自主决策的目的。 a computational approach to learning whereby an agent tries to maximize the total amount of reward it receives while interacting with a complex and uncertain environment 经典的强化学习模型可以总结为下图的形式（你可以理解...