复旦NLP&美团LongCat重磅发布LRMs能力边界探测新范式

陆毅，复旦大学自然语言处理实验室硕士生，在 ACL、EMNLP、COLM、NeurIPS 等顶会发表论文十余篇，LongCat Team 核心成员，研究方向为大模型的复杂推理和长序列建模，指导老师为桂韬老师。

郭林森，硕士毕业于东南大学，在 NAACL、EMNLP、Recsys 等会议发表论文多篇，目前就职于美团，LongCat Team 核心成员，研究方向为大模型评测与数据价值挖掘。

王嘉宁，获得华东师范大学博士学位，曾前往 UCSD 访问学习，在 ACL、EMNLP、AAAI、ICLR 等顶会发表论文数十篇，目前就职于美团，LongCat Team 核心成员，研究方向为大模型训练与复杂推理。

研究背景：从「单步推理」到「长链决策」

OpenAI o1、DeepSeek-R1 等大型推理模型（LRMs）的出现，标志着 AI 推理能力进入了「测试时扩展」的新纪元。通过长链推理 Long Chain-of-Thought（CoT），这些模型在数学推理、代码生成、智能体任务等领域取得了令人瞩目的突破。

然而，当前的训练与评测范式存在一个根本性的局限：几乎所有主流 Benchmark（如 MATH500、AIME）都聚焦于孤立的单步问题，问题之间相互独立，模型只需「回答一个问题，然后结束」。但真实世界的推理场景往往截然不同：

• 一个软件工程师需要连续调试多个相互依赖的代码模块
• 一个数学研究者需要基于前序定理推导后续结论
• 一个智能助手需要在多轮对话中逐步完成复杂任务规划

这些场景要求模型具备跨问题的长链推理能力 —— 不仅要解决单个问题，还要在多个相互关联的子问题间维持推理连贯性、合理分配思考资源、进行跨步骤的反思与纠错。

这引出了一个核心问题：大型推理模型的长链推理能力边界究竟在哪里？

现有评测无法回答这个问题，传统训练数据也无法培养这种能力（如图所示，模型在长程推理场景下性能下降严重）。

R1 系列模型在长程推理场景下理论准确率和实际准确率的差异

为填补这一空白，复旦大学与美团 LongCat Team联合推出 R-HORIZON—— 首个系统性评估与增强 LRMs 长链推理能力的方法与基准。

• 论文标题： R-HORIZON: How Far Can Your Large Reasoning Model Really Go in Breadth and Depth?
• 论文地址： https://arxiv.org/abs/2510.08189
• 项目主页： https://reasoning-horizon.github.io
• 代码地址：https://github.com/meituan-longcat/R-HORIZON
• 数据集： https://huggingface.co/collections/meituan-longcat/r-horizon-68f75703a95676fbfed97879

R-HORIZON：揭开推理模型「能力地平线」

核心创新：Query Composition 方法

R-HORIZON 提出了一种简洁而强大的问题组合（Query Composition）方法，通过建立问题间的依赖关系，将孤立任务转化为复杂的多步骤推理场景。

以数学任务为例：

1. 提取关键信息：从多个独立问题中提取核心数值、变量等信息

2. 建立依赖关系：将前一个问题的答案嵌入到后一个问题的条件中

3. 形成推理链：模型必须按顺序正确解决所有问题才能得到最终答案

这种方法具有三大优势：

• 可扩展性：可灵活控制推理链长度（n=2, 4, 8...）
• 可控性：可灵活设定问题间的依赖关系
• 低成本：基于现有数据集即可构建，无需额外标注

基于这一方法，我们构建了长链推理的评测基准 R-HORIZON Benchmark，用于系统性评估 LRMs 在多步推理场景下的真实能力；同时，我们还构建了长链推理的训练数据，通过强化学习（RLVR）训练来提升模型的长链推理能力。

R-HORIZON 方法示意图 —— 从单一问题到复杂推理链的转化过程以及 R-HORIZON 的应用场景

R-HORIZON Benchmark：全面的长链推理评测基准

基于 Query Composition 方法，我们构建了 R-HORIZON Benchmark，涵盖 6 大代表性数据集：

核心发现：顶级模型的「推理断崖」

我们评测了 20+ 个主流 LRMs（包括 o4-mini、Claude-Sonnet-4、DeepSeek-R1 等顶级商业模型以及开源模型），结果揭示了一个令人震惊的现象：即使是最先进的模型，在长链推理场景下也会出现性能断崖式下降。

关键发现：

• 普遍性能衰退：所有模型随着问题数量增加都出现显著性能下降。DeepSeek-R1 在 AIME25 单问题场景下准确率达 87.3%，但在 5 个组合问题场景下暴跌至 24.6%
• 模型规模影响：更大的模型对多步推理挑战展现出更强的韧性
• 任务依赖性衰退：代码生成任务相比数学任务表现出更陡峭的性能下降；许多推理模型在网页搜索场景中失去了工具调用能力

R-HORIZON Benchmark 评测结果 —— 所有模型均出现显著性能衰退

深度分析：推理模型的三大瓶颈

为了理解性能断崖背后的原因，我们进行了深入的机制分析，发现当前 LRMs 存在三个关键瓶颈：

1. 有效推理长度受限

随着相互依赖问题数量的增加，LRMs 难以维持其性能。实际准确率与理论准确率之间的差距显著扩大，表明模型无法在更长的推理范围内保持原有性能。

深入分析发现：

• 模型错误稳定在特定的上下文范围内
• 7B 模型的主要错误范围在 (4-6K tokens)
• 32B 模型将范围扩展到 (8-10K tokens)
• 这表明更大的模型拥有更长的有效推理边界

R1-Qwen-7B 和 R1-Qwen-32B 在准确率和错误位置上的分析

2. 反思机制高度局部化

我们分析了模型的「反思」行为，发现：

• 模型的反思频率随着问题数量增加而上升并趋于收敛
• 超过半数的复杂任务完全缺乏长程反思（跨越当前问题的反思）
• 这表明当前 LRMs 的反思机制高度局部化，不足以支撑长链场景

MATH500 数据集上的反思行为分析

3. 思考预算分配失衡

最令人意外的发现是：包括 DeepSeek-R1 在内的主流 LRMs 都无法有效地在推理范围内分配思考预算。

• 模型倾向于过度分配 tokens 给早期推理阶段
• 未能合理地将资源分配给后续的关键问题
• 这种失衡严重影响了整体推理链的完成质量

不同组合问题数量下各模型的思考预算分配

R-HORIZON 训练：重塑推理模型的能力边界

发现问题只是第一步，我们进一步探索：能否通过使用组合数据进行强化学习训练来突破这些瓶颈？

RLVR with R-HORIZON：用长链数据训练推理模型

我们使用 R-HORIZON 构建的长链推理数据并使用 GRPO 算法进行训练，训练策略：

• 基于主流 RLVR 算法 GRPO 进行训练
• 使用 R-HORIZON 组合数据（n=2, n=4）
• 设计不同的奖励函数进行对比实验

突破性成果：双重性能提升

实验结果令人振奋：R-HORIZON 训练不仅显著提升长链任务表现，连单问题性能也大幅增强。

加粗数字表示该列最佳成绩

不同训练配置下的性能对比。"Origin" 表示单问题场景，"n=X" 表示 X 个组合问题场景，"Multi" 表示多问题场景的平均性能

关键发现：

1. 双重性能提升：使用 n=2 组合问题训练，不仅大幅提升多步推理性能（AIME24 n=2 +17.4 分），单问题性能也显著增强（AIME24 单题 +7.5 分）

2. 可扩展复杂度：增加组合复杂度（n=4）增强了模型处理需要更多推理步骤问题的能力，在 MATH500 (n=8) 上达到 50.6%

训练带来的质变

R-HORIZON 训练不仅提升了性能数字，更带来了推理机制的深层改变：

更高效的推理长度：

训练显著改善了模型在组合任务上的性能，展现出更好的泛化到更长推理链的能力，同时缓解了「overthinking」现象（生成更短、更高效的回答）。

更合理的预算分配：

模型学会了在多步问题中进行更合理的 token 预算分配，不再「重头轻尾」。

更长程的反思能力：

R-HORIZON 促进了模型进行更长程反思的频率增加，直接改善了长链推理性能。

图：使用标准数据集和组合数据集进行强化学习的效果分析

结论与展望：开启长链推理新纪元

R-HORIZON 的推出，标志着大型推理模型研究进入了一个新的阶段 —— 从「能解决什么问题」到「能走多远」的范式转变。

技术贡献

• 首个长链推理评测基准：系统性揭示了 LRMs 的能力边界，包括有效推理长度、反思范围和思考预算分配的局限性
• 可扩展训练范式：提供了低成本、高效率的能力提升路径，通过 Query Composition 方法实现可控的长链推理数据构建
• 深度机制分析：为未来的推理模型指明了改进方向，揭示了当前模型在长链推理中的三大瓶颈

开放生态

R-HORIZON 框架已全面开源，包括：

• 完整评测代码与 Benchmark 数据
• 训练数据和训练代码
• 数据构建流程
• 详细文档与使用教程

期待与全球研究者携手，共同推动下一代推理模型的发展，让人工智能在现实世界中展现出更卓越的长链推理能力。

资源链接：

Paper：https://arxiv.org/abs/2510.08189

Project Page：https://reasoning-horizon.github.io

GitHub：https://github.com/meituan-longcat/R-HORIZON

Dataset：https://huggingface.co/collections/meituan-longcat/r-horizon-68f75703a95676fbfed97879