AgentGym-RL
Agent · 多轮 RL · arXiv 2025

AgentGym-RL:把「最大交互轮数」做成课程,7B 智能体从零训起

多轮 Agent 的 RL 训练有两种常见死法:轮数一开始就给大,模型陷入冗余推理和无效动作,训练崩溃;一直给小,探索变窄,性能撞天花板。 这篇论文把最大交互轮数做成单调递增的课程,并把环境、Agent、训练三块解耦成一个可并行 rollout 的框架。 代价是:规则清晰的模拟环境收益最大,开放网页和深度搜索仍落后顶级闭源模型。

复旦 / 字节 Seed / 上海创智学院 · arXiv 2509.08755v1(2025-09-10) 原文 ↗ 代码 ↗ 项目页 ↗
TL;DR · 30 秒抓住核心

AgentGym-RL 想做的是:不用 SFT 预热,直接让 Qwen2.5-3B / 7B 在五个环境里多轮交互,用终局奖励做 RL。 五个场景分别是 WebArena、Deep Search、TextCraft、BabyAI、SciWorld。

核心不是新损失函数,而是课程:先把最大交互轮数压小,让模型学会在少量轮次内完成任务;再按 ht+1 = ht + δh 逐步放开,逼它探索更长决策路径。 论文把这套方法叫 ScalingInter-RL。

结果分两类:ScalingInter-7B 在 TextCraft 上 91.00 对 o3 的 93.00,接近;在 BabyAI 和 SciWorld 上超过 o3; WebArena 和 Deep Search 仍有明显差距。论文摘要的说法是 “match or surpass commercial models on 27 tasks”,不是全面超越。

边界同样清楚:只在域内、数字环境、单智能体验证;Chem-Mix 这类任务对论文自己的三个模型仍是 0; 论文未报告 GPU 小时数,样本效率无法判断。

96.67%
BabyAI Overall(ScalingInter-7B)
o3 94.44 / GPT-4o 86.67
57.00分
SciWorld Overall(ScalingInter-7B)
o3 41.50 / GPT-4o 21.00
8.0pp
WebArena 与 o3 的差距
(34.00 − 26.00)
01

多轮 Agent 的 RL,难在「轮数一多就学崩」

先建立共同认知:奖励只在轨迹末尾给出,轮数越多,信用分配越难,探索空间越大。

论文把 agentic task 建模成部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP):给定指令 u,Agent 根据当前状态 s 生成动作 a,环境返回观测 o 并转移到下一个状态;经过 N 轮交互后, 环境给出一个终局奖励 r(τ) ∈ [0,1]。中间轮次没有逐步奖励。

这把监督信号压到一条轨迹的末尾:同一个终局奖励要归因到几十个动作上,方差大;轮数越多,动作空间和观测空间越大, 稀疏奖励越难命中。论文的初步实验给出两种失败模式,正好对应两个极端。

失败模式 A

大轮数开局

一开始就给较大的最大交互轮数(例如 10),模型会进入冗余推理和无效动作的循环,最终训练崩溃、性能下降。

原文:“beginning with a large number of interaction turns often leads the model into redundant reasoning and unproductive actions, ultimately causing training collapse and degraded performance.”(§3.3)

失败模式 B

小轮数到底

一直限制在较小的最大交互轮数(例如 5),探索被压窄,模型学不到多样化的交互模式,后期遇到性能天花板。

原文:“constraining the number of interactions to remain consistently small tends to narrow exploration and limits the agent’s ability to master diverse patterns.”(§3.3)

所以问题不是「有没有 RL 算法」,而是怎样安排交互预算:让策略先学会基本技能,再逐步扩展决策路径。 这也是 Section 03 的课程方法要解决的核心矛盾。

02

已有两条路:提示闭源模型,或模仿专家轨迹

两条路都能做出 demo,但都没有让模型通过与环境交互自己变强。

路线一

Prompting / workflow

用 GPT-4o、o3 等闭源模型做规划、反思、角色分工,靠 prompt 和外部 workflow 把任务串起来。

卡点:底层模型没有被训练,能力不会随交互演化;依赖强大的闭源模型,成本高,也无法把能力沉淀到开源模型里。

路线二

SFT / 模仿专家

收集专家轨迹,逐步模仿专家的动作,学习 API 调用、规划和反思。

卡点:专家数据昂贵、难规模化;专家没覆盖的情况学不会;论文的原话是 “the model struggles to self-improve through interactions with the environment”(§6)。

RL 路线已有单轮推理的成功案例(如 DeepSeek-R1 类工作),也有少量多轮 Agent 的尝试;论文认为后者受限于任务复杂度、 环境多样性,且优化稳定性不足(§1、§6)。在 test-time scaling 一侧,Zhu et al. [96] 探索了多种 agent test-time scaling 策略, 但没有研究 RL 中的 inference scaling;论文认为最接近的工作是 TTI [55],它用 rejection sampling 教 Agent 把更多 compute 分配给交互,局限在 web navigation(§6)。

论文指出的缺口

缺少一个统一的、端到端的多轮交互 RL 框架

要同时满足:跨多种真实环境、不依赖 SFT 预热、支持主流 RL 算法、训练稳定可复现。AgentGym-RL 想填的就是这个缺口;ScalingInter-RL 则是为了让训练在长轮数下不崩。

03

ScalingInter-RL:把「最大交互轮数」当成课程

方法的核心是一条递推式:每 Δ 步把轮数上限加 δh,直到环境允许的上限。

论文的目标仍然是最大化终局奖励:J(θ) = Eτ∼πθ[r(τ)]。 一条轨迹写成 τ = (a0, o1, a1, …, aK−1, oK), K 是交互轮数。课程给 K 加了一个上限 ht,并要求上限单调递增:

K ≤ ht      h1 < h2 < ⋯ < hn      ht+1 = ht + δh(每 Δ 个训练步更新)
§3.3 的课程递推。论文称 δh 是 adaptive increment,但没有给出具体的自适应规则或每环境取值。

早期 h 小:Agent 只能在少量交互内完成任务,迫使它学会高效利用(exploitation),先掌握基本技能和简单任务。
后期 h 增大:允许更长的决策路径,鼓励探索、规划、反思和策略性回溯;论文把这种现象类比为 RLVR 中的 length-scaling。

论文强调这不是靠大量超参搜索:阶段切换点按原 RL 过程的总优化步数设置(§4.2)。 Figure 7 在 Deep Search 上给了三种策略的对照:固定 10 轮早期奖励更高但快速崩溃;固定 5 轮稳定但遇到天花板; ScalingInter 逐步放开,长期性能更高。

自己动手:看轮数上限怎样随训练步数抬升

下面的示意器只实现课程递推式和 Appendix B 给出的环境上限。h1、Δ、δh 是页面自设的示意参数,不是论文的训练配置—— 原文只给了递推式、单调性、环境上限,以及“按总优化步数设切换点”的描述。

当前上限 h_t
4
环境上限
4
阶段索引 ⌊t/Δ⌋
3
训练步 t
300
当前课程状态
在 Deep Search(上限 4)下,t=300、Δ=100、δ_h=1:h_t = min(1 + 1×3, 4) = 4。
这个示意器覆盖了什么、没覆盖什么?点开看与原文的差异

覆盖:§3.3 的递推式 ht+1 = ht + δh、单调递增、每 Δ 步更新; Appendix B.1–B.5 给出的五个环境最大交互轮数(WebArena 15、Deep Search 4、TextCraft 20、BabyAI 20、SciWorld 20); 以及“早期 exploitation、后期 exploration”的阶段行为。

未覆盖:论文没有给出 h1、δh、Δ 的具体取值,也没有给出 δh 的 adaptive 规则、阶段数量和“按总优化步数设切换点”的精确算法; 示意器用固定滑块代替。它不是论文训练曲线的复现,只是机制演示。

两处原文设置并列:§4.2 与 Figure 7 在 Deep Search 上用最大 10 轮和 5 轮做对照;Appendix B.2 写 Deep Search 的最大交互轮数是 4。 示意器采用 Appendix B.2 的 4 作为环境上限;原文没有说明这两组设置的关系。

手算核对:两组参数 → 结果与 JS 同一公式,逐位一致

JS 使用的公式是 h = min(h₁ + δ_h × Math.floor(t / Δ), cap),其中 cap 来自环境选择。 阶段边界按已进入下一阶段计(t 是 Δ 的整数倍时,Math.floor 取商)。

参数组 A:Deep Search(cap=4),h₁=1,δ_h=1,Δ=100,t=350。
Math.floor(350/100)=3 → 1 + 1×3 = 4 → min(4, 4) = 4。页面应显示 4。

参数组 B:TextCraft(cap=20),h₁=2,δ_h=2,Δ=150,t=400。
Math.floor(400/150)=2 → 2 + 2×2 = 6 → min(6, 20) = 6。页面应显示 6。

把上方环境切到 Deep Search、滑块设为 A 组,或切到 TextCraft、滑块设为 B 组,读数应与这里逐位一致。

04

从零开始:五个环境、GRPO 为主、每环境一套轮数上限

论文没有用 SFT 预热;训练细节大多在 Appendix B,页面把能查到的都列出来。

主实验的 backbone 是 Qwen2.5-3B 和 Qwen2.5-7B,从零开始做 RL,不做 SFT 预热。 主要算法是 GRPO;框架同时集成 PPO、RLOO、REINFORCE++,也支持 SFT、DPO 和 rejection sampling(AgentEvol)(§3.2.2)。 所有环境共用 KL 系数 1×10⁻³、采样温度 1.0;WebArena 每个 query 采样 4 条轨迹,其余环境 8 条。

Appendix B.1–B.5 · 各环境训练设置摘录

环境场景 / 任务最大交互轮数学习率每 query 轨迹数数据规模
WebArena网页导航(5 个子任务)155×10⁻⁷4372 训练 / 50 测试(排除 Content & Config)
Deep Search深度搜索(7 个数据集)41×10⁻⁶8每个数据集从 dev set 采样 400 例
TextCraft数字游戏(Depth 1–4)201×10⁻⁶84 个深度子集
BabyAI具身任务(6 个子任务)201×10⁻⁶86 个子集
SciWorld科学实验(8 个子集)201×10⁻⁶88 个子集

以上数字取自 Appendix B.1–B.5(轮数、学习率、轨迹数为原文数值;场景和子集为原文描述)。SFT 基线的学习率是 1×10⁻⁴,主表用的是 RL 设置;Deep Search 在 Appendix B.2 写的是 4 轮,而 §4.2/Figure 7 另有一组 5/10 轮的对照实验。

工程上做了什么

硬件是 NVIDIA A100 GPU 和 Ascend 910B NPU(Appendix B);训练可跨多节点、多进程分布式执行(Appendix A)。 论文未报告总 GPU 小时数、单次训练成本或样本效率;Appendix B 只交代了硬件类型。这一点会影响“7B 模型很便宜”这类推断——页面不替论文补这个数。

05

三块解耦:环境服务器、Agent 循环、训练管线

环境通过 HTTP server–client 并行跑 rollout,训练模块消费轨迹并更新策略;课程只改 rollout 的最大轮数。

课程 h_t 控制 max_rounds Environment module 5 类场景 · HTTP server–client WebArena Deep Search TextCraft BabyAI SciWorld /reset · /observation · /available_actions · /step Agent module 多轮 reasoning–action loop Observation / prompt LLM reasoning Action / tool call rollout 到 all_done 或 max_rounds Training module 轨迹 → 优势 → 策略更新 Rollout batch log π / ref log π Advantage(GRPO) Actor update PPO · GRPO · RLOO · REINFORCE++ observation action trajectory 更新后的策略回灌到下一轮 rollout
图 1:AgentGym-RL 的三模块结构重绘示意(依据 Figure 2、Figure 3、Appendix A),非原文截图。颜色只用于区分模块:青灰=环境,紫=Agent,陶土红=训练 / 课程。
展开说明 ▸
  • Environment module:每个环境是一个独立服务,可部署多个 replica;客户端通过 HTTP 调用 /observation、/available_actions、/step、/reset(Appendix A)。
  • Agent module:接收观测、做多轮推理、输出动作(如调用工具 API);支持不同 prompting 策略、采样配置和奖励函数(Appendix A)。
  • Training module:管理轨迹收集、优势估计、策略优化和 reward shaping;支持 curriculum learning 与 staged interaction scaling,也就是 ScalingInter-RL(Appendix A)。
  • Figure 3 的三段式:伪代码的注释是 # Stage 1: Generate responses、# Stage 2: Prepare experience(compute log prob、ref log prob、advantages)、# Stage 3: Actor training。rollout 循环里每个 handler 记录 assistant message、observation 和 score,all_done 时提前结束。
  • 课程的位置:从 Figure 3 看,ScalingInter-RL 只改 rollout 的 max_rounds,不改环境、Agent 或训练损失;它与具体算法(PPO/GRPO/…)的组合效果,论文没有给出单独消融。

论文把“可扩展、可复现”当作框架贡献的一部分:环境/Agent/训练三块可以独立替换,新的环境只需继承 BaseEnvClient 并实现 reset()、step()、observe()(§3.2.3)。训练管线支持多节点、多进程并行,并记录 policy entropy、KL divergence、 reward curve、rollout statistics 等诊断指标(Appendix A)。

06

效果:规则清晰的环境增益大,开放环境仍落后

五个 benchmark 的 Overall 放在一起看,结论不是「全面超过」,而是「两类环境、两种结果」。

Table 1–5 · Overall 列摘录(最后一列为该表最强对比模型;未列本文 3B 模型)

BenchmarkQwen2.5-7B-InstructAgentGym-RL-7BScalingInter-7BOpenAI o3最强对比模型
WebArena9.7622.0026.0034.00o4-mini 36.00
Deep Search18.7534.0038.2549.50o3 49.50
TextCraft42.0089.0091.0093.00Gemini-2.5-Pro 94.00
BabyAI66.6792.2296.6794.44o3 94.44
SciWorld1.5050.5057.0041.50o3 41.50

数字逐字取自 Table 1–5 的 Overall 列;任务子集见各原表。评测随机性(重复次数、种子、avg@k 等)原文未报告。Qwen2.5-7B-Instruct 是未做 agentic RL 的基座对照。

五条值得记住的发现

论文在 §1 还报告了一个汇总数字:用该框架训练的 Qwen-2.5-7B 平均提升 33.65 分。 这个数字没有在 Table 1–5 中逐项展开,页面只按原文转述,不把它当作可复算指标。

切一个 benchmark,看主要模型排序

下面只放 Overall 分数,数值逐字取自 Table 1–5;柱长按 0–100 线性映射。切换标签可以看同一模型在不同环境里的位置。

WebArena · Table 1
ScalingInter-7B 26.00;该表最高是 OpenAI o4-mini 36.00,o3 为 34.00。
ScalingInter-7B AgentGym-RL-7B 闭源对比模型 开源对比模型
柱长怎么映射?两组例子,和 JS 同口径

所有 Overall 分数的范围都在 0–100,因此柱长直接取 width = value%,不做归一化、不做平滑。

例 1:WebArena 的 ScalingInter-7B 26.00 → 柱长 26.00%。
例 2:BabyAI 的 ScalingInter-7B 96.67 → 柱长 96.67%。

排序按当前 benchmark 的分数从高到低;切换标签时只换数据,不改映射规则。

原文里的几处数字口径(并列,不替原文消解)点开看冲突位置

1. Chem-Mix。§4.3 写 “The ‘Chem-Mix’ sub-task proved to be intractable, with every model, including our top performers, scoring zero.” 但 Table 5 的 Chem-Mix 列有非零值:GPT-4o 20.00、Qwen-Max 20.00、OpenAI o3 40.00、Qwen3-235B-A22B 20.00、Qwen2.5-72B-Instruct 20.00、 Llama-3.1-8B-Instruct 20.00、Llama-3.1-70B-Instruct 40.00 等;论文自己的 AgentGym-RL-3B、AgentGym-RL-7B、ScalingInter-7B 三行均为 0.00。

2. WebArena 的 AgentGym-RL-7B。§4.3 写它“achieved an overall score of 16.00%, matching the performance of GPT-4o”; Table 1 的 AgentGym-RL-7B 行是 22.00。页面表格采用 Table 1 的 22.00,并在正文保留 §4.3 的 16.00 说法。

3. TextCraft 的提升幅度。§4.2 写 ScalingInter-RL “surpasses the base model by 30 points”; Table 3 的 Qwen2.5-7B-Instruct 是 42.00,ScalingInter-7B 是 91.00,差 49.00 分。两个说法并列。

4. Deep Search 的轮数。§4.2 与 Figure 7 用最大 10 轮和 5 轮做对照;Appendix B.2 写 Deep Search 的最大交互轮数是 4。 页面在 §3 的示意器里采用 Appendix B.2 的 4,在 §03 和 §06 引用 Figure 7 时保留 5/10 的表述。

5. SciWorld 的 50.50 与 57.00。§4.2 写 RL “boosted the model’s score from 1.50 to 50.50”; Table 5 里 AgentGym-RL-7B 是 50.50,ScalingInter-7B 是 57.00。页面的 SciWorld 卡片和条形图采用 Table 5 的 ScalingInter-7B 57.00, §4.2 的 50.50 作为 AgentGym-RL-7B 的原文表述并列保留。

07

边界:域内有效,开放网页和科学推理仍有硬骨头

论文自己的表、案例和 future work 划出了四条边界。

边界一

开放环境仍明显落后

WebArena 26.00 对 o3 34.00,差 8.00 分;Deep Search 38.25 对 o3 49.50,差 11.25 分(Table 1、Table 2)。WebArena 的差距集中在 GitLab & Reddit:20.00 对 80.00(Table 1)。论文自己写的是“a disparity almost entirely concentrated in the ‘GitLab & Reddit’ sub-task”(§4.3)。

边界二

Chem-Mix:论文的三个模型都是 0

Table 5 的 Chem-Mix 列里,AgentGym-RL-3B、AgentGym-RL-7B、ScalingInter-7B 全是 0.00;部分基线反而非零(o3 40.00、Llama-3.1-70B 40.00、GPT-4o 20.00 等)。§4.3 的文字却说 “every model ... scoring zero”。两处并列,页面不替原文消解。对论文方法而言,这个子任务是明确失败。

边界三

只验证了域内、数字世界、单智能体

论文的 future work 原文列出三条:域内 → 新环境/新工具的泛化与迁移;数字任务 → 更长时程、物理世界任务;单智能体 → 多智能体 RL(§7)。论文还写 “Most existing studies—including ours—focus on relatively simple digital tasks.” 这套结果不能直接外推到真实机器人、自动驾驶或多 Agent 协作。

边界四

代价与行为失败没有被完全解决

Appendix B 只写使用 A100 与 Ascend 910B,未报告 GPU 小时数或总计算量;因此无法判断“小模型 + 后训练更便宜”是否成立推断(依据:Appendix B 只列硬件类型,未列训练时长/能耗)。案例研究还展示了 over-interaction(Figure 16)和过早终止(Figure 15)等失败模式;论文说 RL 过程 “failed to instill the precision and efficiency required for optimal task completion”(§5.3)。

一句话总结:这篇论文给出的是一套在规则清晰的模拟环境里可复现的多轮 RL 训练配方,而不是一个在开放世界全面超过闭源模型的 Agent。 如果目标环境像 WebArena 一样开放,论文自己的数据说明提升有限且仍落后 o3;如果目标环境规则清晰、反馈可判定,ScalingInter-RL 的课程思路可以直接借鉴。