UC伯克利新作颠覆认知：LLM靠「自信爆表」学会推理？无需外部奖励超进化

新智元报道

编辑：Aeneas 犀牛

【新智元导读】不靠外部奖励，LLM纯靠「自信爆棚」，就能学会推理了？UC伯克利的华人团队发现，LLM居然跟人一样！靠自信来训练AI后，数学、编程性能提升惊人。

就在刚刚，UC伯克利CS博士后Xuandong Zhao，分享出来自己「今年参与的最鼓舞人心的工作」。

他和同事们发现，在没有外部奖励的情况下，LLM竟然只靠「自信爆棚」，就学会了复杂推理？

论文地址：https://arxiv.org/pdf/2505.19590

LLM靠自信心，竟能学会复杂推理

LLM不靠外部奖励，就能自己学会复杂推理，这个结论实在很出乎意料。

团队之所以能做出这个结果，是源于两个关键的观察。

1. 在考试中，人们往往对自己有信心的问题，回答得更准确。这种「信心≈正确性」的模型，对LLM是否也适用呢？

2. 在测试时推理中，长CoT或并行扩展技术（如多数投票）很常见。但在面对代码生成这样的开放式任务时，我们该如何在多样化的输出中做出选择呢？

为此，他们探讨了如何有效扩展「n选一最优」的选择策略。

现有的一些启发式方法，比如熵和困惑度都存在不少问题：比如对输出长度敏感、有偏差，而且在样本数量增加时效果变差。

然后，他们就得出了一个关键的洞察：衡量每个token的分布距离均匀分布有多远。KL散度KL(U‖P) ，可以量化模型在预测每个token时的「自信程度」。可以将这一度量称为「自我确定性」。

而它，正是熵的反面——不是覆盖多种可能，而是倾向于聚焦在最可能的结果上。

他们发现，自我确定性是一个非常有效的信号——

1. 当答案已知时，它通过加权投票的方式表现优于多数投票。

2. 当答案未知时，它仍然可以随着n的增加而稳健地扩展。

由此，在今年二月份，他们发表了第一篇论文。

论文地址：https://arxiv.org/abs/2502.18581

不过，他们的探究并未止步于此。一个后续问题自然而然出现了：如果「自我确定性」是一个良好的评估信号，它是否也可以用作训练模型的奖励？

也就是说，如果人类可以通过探索和反思建立起自己的信心，那LLM也能做到同样的事吗？

这就启发了研究者们的新范式——RLIF。

他们采用的新方法，使用自我确定性作为强化学习的奖励信号，而不需要外部监督。

结果，这种方法果然奏效了！

它在数学任务中的表现，可与使用规则奖励的GRPO相媲美，在代码生成任务中甚至有更好的泛化能力。

它能学习结构化推理——提前规划、分解问题，甚至能够遵循指令，而这一切都来自于内部反馈（内在奖励）。

Xuandong Zhao表示，这个项目给了自己很大信心，尤其看到一些同期研究（TTRL、基于熵的强化学习、语义熵+答案等）时。

很明显，RLIF是一个很有前景的方向。很显然，目前的探索才刚刚触及了表面。

展望未来，RLIF还提出了许多开放性问题。

• 它为什么会有效？哪些任务最受益？

• 它能否扩展到更大的模型？它与幻觉或记忆有何关系？

• RLIF能否在现实世界的部署中补充RLHF或RLVR？

• 它在智能体任务中的表现如何？

RLIF登场，打破根本局限

强化学习（RL）已经成为提升大语言模型能力的一个重要工具。

早期主要是基于人类反馈的强化学习（RLHF）上。

最近，基于可验证奖励的强化学习（RLVR）取得了进展，它用可自动验证的信号（如数学题解中精确匹配的答案）取代了传统的学习型奖励模型，并在DeepSeek-R1等模型上展现出了更强的推理能力。

尽管取得了不少成功，RLHF和RLVR仍然面临一些根本性的局限。

RLHF需要大量的人工标注，成本高且容易存在偏见。

而RLVR则需要特定领域的验证器与标准答案。例如，在数学领域需要专家标注的解；代码生成任务中，需要全面的测试用例和执行环境。

那么，大语言模型能够否仅靠自身生成的内在信号来提升推理能力？

于是本文的研究者们提出、探索了一种新范式：基于内部反馈的强化学习（Reinforcement Learning from Internal Feedback，RLIF）。

在这种新范式下，模型通过优化自身的内部反馈来提升性能，从而无需外部奖励或监督。

RLIF不仅适用于当前的场景，还延伸到了未来——当模型的发展超出人类能力，人类难以直接评估其表现时，模型只能通过内在机制实现自我改进。

在RLIF范式下，研究团队提出了INTUITOR，这是一种新的强化学习方法，利用模型自身的置信度作为一种内在奖励。

具体来说，团队使用自我确定性作为置信度的衡量标准。自我确定性已被证明可以有效区分高质量和有缺陷的回答。

INTUITOR的实现方式简单、高效且有效：团队用自我确定性得分取代了现有RLVR框架（特别是GRPO）中的可验证奖励信号，并沿用了相同的策略梯度算法。

实验设置

训练设置

GRPO和INTUITOR都使用Open-R1框架在MATH数据集的训练集上进行训练，该数据集包含7,500道题目。

研究者采用Qwen2.5-1.5B和Qwen2.5-3B作为基础模型，全程使用对话式提示格式。

由于这些模型最初在指令遵循能力上较弱，不强制要求它们将中间推理过程与最终答案拆分开。

每次更新处理128道题目，每题生成7个候选解，默认的KL惩罚系数为β=0.005。

为了公平比较，GRPO与INTUITOR使用完全相同的超参数，未进行额外调参。

INTUITOR在代码生成任务中的应用（INTUITOR-Code）

为评估其在数学推理之外的泛化能力，研究者将INTUITOR应用于Codeforces代码生成数据集。该变体在表1中被标记为INTUITOR-Code。

评估

评估阶段大多采用与训练一致的对话式提示格式。所有生成均采用贪婪解码。

实验在英伟达A100显卡上进行，每张卡具有40GB显存。

在以下基准上，研究者评估了模型性能：

数学推理任务：MATH500和GSM8K，使用lighteval库；

代码推理任务：CRUXEval-O，使用ZeroEval 框架，以及LiveCodeBench v6（LCB）；

指令遵循任务：AlpacaEval 2.0，使用长度控制的胜率指标，由GPT-4.1进行评审。

结果与分析

表1展示了主要的评估结果，图3则显示了训练过程中回答长度的变化趋势。

在MATH和GSM8K数据集上，INTUITOR和GRPO-PV（两者都不依赖标准答案）表现出了与GRPO（使用标准答案）相当的性能。

虽然INTUITOR整体表现略逊于GRPO，但在MATH数据集上，它的回答更长，且代码生成能力显著提升，显示出更强的推理能力。

各种方法在GSM8K、MATH、LCB、CRUXEval-O、MMLU-Pro和AlpacaEval基准测试上的性能对比

训练过程中平均响应长度。对于Qwen2.5-1.5B模型，INTUITOR和GRPO减少了无意义输出。对于Qwen2.5-3B模型，INTUITOR和GRPO增加了推理长度，其中INTUITOR的响应长度显著更长。GRPO-PV的长度增加最小

学会遵循指令

INTUITOR在遵循指令方面有了显著提升。

最初，预训练的Qwen2.5-1.5B模型在处理对话式提示时表现不佳，在所有对话模板任务上的得分低于10%（见表1），生成的回答往往重复且无意义，导致平均回答长度过长（见图3）。

通过INTUITOR的微调，这种无意义输出大幅减少，回答长度缩短，且在所有评估基准上都取得了非凡的性能提升。

此外，在MATH数据集上，INTUITOR显著提高了Qwen2.5-1.5B和Qwen2.5-3B模型在AlpacaEval上的长度控制胜率，超越了相同设置下的GRPO。

这表明INTUITOR在遵循指令方面取得了稳健的进步。

培养结构化推理

快速初步学习。「自我确定性」是一种连续的、内在的奖励信号，来自模型对所有token的内部评估，与二元奖励形成对比。

这种内部信号可能推动大语言模型（LLMs）走上更高效的学习路径。

考虑到GRPO和INTUITOR的最终表现不分伯仲，团队通过对比两者在训练至第10步时的领域内准确率，来评估它们早期的学习能力。

如表2所示，在GSM8K和MATH基准测试中，INTUITOR在Qwen2.5-1.5B和Qwen2.5-3B模型上始终优于GRPO，凸显了其在快速初步学习上的优势。

跨任务泛化。图4展示了在MATH数据集上训练的模型在MATH500（领域内任务）和LiveCodeBench（迁移任务）上的表现变化。

无论是INTUITOR还是GRPO，模型都会先在MATH500上率先提分，而LiveCodeBench的准确率提升要到训练后期才逐渐显现。

更有意思的是，哪怕MATH500的成绩已经进入平台期，LiveCodeBench上的表现仍在继续攀升。

这说明：先在MATH数据上学到的「本行」知识，为之后迁移到代码生成任务（LiveCodeBench）提供了扎实的基础。

长推理的涌现。虽然像Deepseek-R1这样的大模型通过大量强化学习（RL）实现长篇推理，但INTUITOR使较小的模型在有限数据下也能发展出结构化推理能力。

在CRUXEval-O基准（图5）上，用INTUITOR训出来的模型常常先用自然语言随意地想一番，再把结论浓缩进要求的JSON里——尽管提示里已经要求它直接用JSON推理。

同样的「先自然语言推理，后写代码」现象，也出现在LiveCodeBench上。

这种自发出现的「预推理」过程，或许正是INTUITOR能在这些评测中表现亮眼的关键。

理解LLM的涌现式长链推理能力

当LLM遇到陌生问题时，它们会从一组可能的答案分布中进行采样。

自我确定性反映了模型对其输出连贯性的内部评估。通过强化高自信度的回答，INTUITOR鼓励更具层次的推理过程，有可能提升模型对自身输出的理解能力。

研究者通过分析使用INTUITOR训练的代码模型在不同训练阶段生成的结果，来观察这一机制。

具体方法是从LiveCodeBench数据集中随机选取10道题，观察各训练阶段模型的输出演变。

图6展示了输出类型和模型准确率的变化趋势。

结果显示出了清晰的演进路径：模型首先学会生成有效的 Python 代码（体现在准确率提升和无效输出减少），随后开始发展出前置推理能力，以便更好地理解自身行为。

进一步的生成样本检查也证实：模型在训练过程中会逐步丰富其推理内容，验证了我们关于「INTUITOR鼓励模型生成自身更易理解的推理轨迹」的假设。

在线自置信防止奖励滥用

在强化学习里，如果奖励模型是静态的，策略就可能一味钻空子而不是老老实实提高能力。

为测试把「自置信」当奖励到底稳不稳定，团队做了两种设置：

• 离线自置信：奖励来自固定的基础模型；

• 在线自置信：奖励随策略模型一同更新。

两种情况下，我们把每次梯度更新的批大小都降到224条回答。

图7所示，大约在第100次更新后，离线设置的策略学会了「刷分」：它在每个答案后偷偷附上一道自己早已解出的额外题目，以此抬高自置信奖励。结果是：

• 回答长度（虚线）突然飙升；

• 验证准确率（实线）却瞬间崩盘。
  

  
  

在线设置下，奖励信号随着策略同步进化，策略想「骗分」就难多了，训练曲线始终平稳。

研究团队进一步拿INTUITOR和GRPO在MATH500上生成的回答，分析自置信分布（图8），并用Mann–Whitney U检验比较正确与错误答案的自置信差异。

• 正确答案的平均自置信都显著高于错误答案。

• INTUITOR（在线自置信）：没有任何「刷分」迹象，在U检验中给出了最低p值和最大的效应量r，说明它最能用自置信区分对错，即便整体信心更高。

这些结果表明，INTUITOR的在线自置信机制不仅防止了奖励被滥用，还让模型在大规模数据集上有望保持稳健训练。

参考资料：

https://x.com/xuandongzhao/status/1927270937033883928

https://arxiv.org/abs/2505.19590