HiPlan
Paper · arXiv 2508.19076v1 · 2025

HiPlan:给长任务一张里程碑地图,再在每一步递一张修正便签

长时程任务里,高层规划常常「计划定了就不改」,步进式方法又「只看下一步」。HiPlan 从专家演示里抽出里程碑这一中等粒度经验:任务级检索生成全局里程碑指南,里程碑级检索生成每步提示;提示里明确写出当前状态、与里程碑的差距、以及必要时的动作修正。

Ziyue Li, Yuan Chang, Gaihong Yu, Xiaoqiu Le · 中国科学院文献情报中心 / 中国科学院大学 arXiv 2508.19076v1 ↗ 博客笔记 ↗
TL;DR · 30 秒抓住核心

长任务的两难不是「会不会拆子目标」,而是拆完之后的执行:全局指南给方向,却不知道下一步具体做什么;步进式提示知道下一步,却容易在长序列里迷路。

HiPlan 把「经验」切成里程碑,而不是整条轨迹或单个动作。离线用 GPT-4o 把 577 条专家演示切成 3,330 条「里程碑描述 + 动作片段」;在线先检索相似任务生成里程碑指南,再在每一步检索相似里程碑生成步进提示。

提示固定包含三块:State Context、Milestone Gap、Action Correction。前者防止上下文丢失,中者把当前状态和里程碑目标对齐,后者只在动作偏离时出现。

代价是:需要专家演示;里程碑切分依赖 GPT-4o;论文没有报告 token、延迟或库规模扩大后的表现。

94%
ALFWorld 成功率
LLaMA3.3-70B;TRAD 79% / REACT 50%
40%
WebShop 成功率
LLaMA3.3-70B;TRAD 14% / REACT 8%
1.70
平均每个里程碑的动作数
577 条演示 → 3,330 条库记录
01

长任务不是「不会规划」,而是「全局」和「局部」总有一头掉线

读完这节你应该知道:为什么把任务拆成子目标还不够,为什么每一步都看观察也不够。

论文把问题放在部分可观测的 POMDP 里:状态 S、动作 A、观测 O、转移 T;agent 要在看不到完整环境的情况下,按自然语言指令 τ 生成一串动作。ALFWorld 的动作序列可以超过 50 步;WebShop 有 200 条测试指令、超过 118 万件商品。步数一长,局部决策的误差会累积,全局目标也容易被冲淡。

High-level Planning

先拆子目标,再按子目标执行

优点是方向清楚,全局目标不容易丢。问题是计划一旦生成就很少改:遇到执行错误或环境变化时,缺少局部修正。

论文还指出,这类方法常用完整历史轨迹做示范,任务细节太多,反而降低泛化。

Step-wise Methods

每一步看当前观察再决定

优点是反应快,能根据实时观测调整动作。问题是容易只看脚下:长序列里会重复探索、陷入局部最优。

而且它很难复用当前观察之外的历史经验,换一个任务就要重新摸索。

核心矛盾

全局指南要稳定,局部执行要灵活

两者如果分开做,就会一边僵硬、一边短视。HiPlan 的目标不是二选一,而是让两层在同一套经验上联动:用里程碑库同时支撑全局路线和局部提示。

“Top-Left: High-level planning with global subgoals lacking flexibility; Top-Right: Step-wise methods with local adaptability but limited global guidance; Bottom: HiPlan’s hierarchical approach combining milestone guidance and step-wise hints for adaptive and robust planning.”

图注把两种失败模式并列;HiPlan 的位置是底部,把里程碑指南和步进提示叠在一起。本页未转录原图,只引用图注。

02

两条路各自走到极端,检索增强也没把两层接起来

看清三类基线各自缺什么,才能理解 HiPlan 为什么要做「任务级 + 里程碑级」两次检索。

High-level

有全局,缺局部

代表作包括 Decomposed Prompting、Plan-and-Solve 等。先把任务拆成子目标,再按子目标执行。

盲区:子目标序列通常是固定的;执行中遇到意外,缺少逐动作的修正信号。

Step-wise

有局部,缺全局

ReAct 是代表:推理和动作交错,每一步根据当前观察决定下一步。

盲区:没有显式的全局结构,长序列里容易绕路;经验复用通常只来自当前观察或短期记忆。

检索增强:TRAD 把「经验」仍然停在低层动作

TRAD 按 thought-level 相似度检索轨迹片段,再对齐决策。它比纯 ReAct 多了经验复用,但检索单位仍然是动作级/轨迹片段级,没有把全局里程碑结构显式建模。论文指出,低层动作示范在 WebShop 里可能引入显著噪声。

反直觉

TRAD 在 ALFWorld 是强基线,在 WebShop Mixtral 却塌到 0.04

Table 2 的 Mixtral 块:TRAD 成功率 0.04,低于 REACT 0.19 和 REACT+Reflexion 0.24;Table 1 的 Mixtral ALFWorld 块:TRAD 的 All 是 0.78,是三个基线里最高的。

论文的解释是:WebShop 里直接提供低层动作示范,容易引入显著噪声,模型可能在 40 步内买不到目标商品;TRAD 对任务形态敏感。

HiPlan 的切口因此不是「再做一个更强的检索器」,而是换检索单位:把动作抬到里程碑,同时保留任务级和里程碑级两层。下一节拆开这两个阶段。

03

离线把轨迹切成里程碑,在线做两次检索

这一节拆开 HiPlan 的两个阶段:库怎么建、全局指南和局部提示怎么生成。

离线:专家轨迹 → 里程碑库

给定成功演示集合 D = {(τ(i), ξ(i))},每条轨迹 ξ(i) 被切成 K(i) 个连续片段 ζk;LLM 为每个片段生成里程碑描述 mk。任务和里程碑都用 all-mpnet-base-v2 编码;库中存四元组:

(vtask(i), vmilestone(i,k), mk(i), ζk(i))
§4.2 · 里程碑库的存储单元;相似度用归一化向量的点积。§4.2 前一行还写过含 τ 的五元组,最终库定义用四元组,本页按最终定义。

切分和描述由 GPT-4o-2024-08-06 完成;库的统计见 §04 的 Table 3:577 条演示、3,330 条库记录,平均每个里程碑 1.70 个动作。这个长度很关键——它比单步动作长,比整条轨迹短。

全局指导:任务级检索 → 里程碑指南

测试任务 τ 先编码为 vτ,检索 top-M=2 个相似任务;检索分数是归一化点积,随后还按轨迹长度重排,优先更短、更通用的示范。LLM 以 τ 和检索到的 (τ(j), ξ(j), Gτ(j)) 为输入,生成里程碑指南:

Gτ = LLM(τ, {(τ(j), ξ(j), Gτ(j))j=1M})
Eq. 2 · M=2;检索用归一化点积(Eq. 7),再按轨迹长度重排(§C.1)

局部指导:里程碑级检索 → 步进提示

执行到第 t 步,当前里程碑是 mψ(t);用它检索 top-P=2 个相似里程碑及其轨迹片段。检索时做轨迹级去重:两条命中不能来自同一条专家轨迹;每个片段还多取一个动作,作为前向上下文。LLM 结合当前里程碑、完整动作-观测历史、检索片段,生成步进提示:

ht = LLM(mk, {(os, as)s=1t}, {(ml*, ζl*)l=1P})
Eq. 4 · P=2;去重与「多取一个动作」见 §C.2
ht = {State Context, Milestone Gap, Action Correction}
§4.3 · 三块内容固定;Action Correction 只在检测到偏离时出现

最后,策略把两层指导合起来:

at = π(τ, {(os, as)s=1t}, mk, ht)
Eq. 5 · π 由同一个底层 LLM 执行,不是单独训练的策略网络(§5.1)

粒度选择器:一次检索到底该拿回多少动作?

论文的选择是「里程碑」:比单步动作长,比整条轨迹短。Table 3 给出平均每个里程碑 1.70 个动作(ALFWorld 1.78、WebShop 1.11),平均每条轨迹 5.77 个里程碑。下面把三个粒度换算成「检索 R 条经验时 LLM 看到的动作条数」。

R 是本页为了对比粒度而设的假设变量,不是论文的实验变量;论文固定任务级 M=2、里程碑级 P=2。数值按 Table 3 的平均值相乘估算。

Action-level
2.00 动作
本页按每条经验 1 个动作定义;2.00 非 Table 3 数值
Milestone-level
3.56 动作
论文的选择:中等粒度
Task-level
20.97 动作
整条轨迹,细节最多
当前读数
加载中…
这个模拟覆盖了什么、没覆盖什么简化模拟,不是论文实验复现

覆盖:Table 3 的两组平均值(5.89 / 5.00 个里程碑每轨迹,1.78 / 1.11 个动作每里程碑)→ 三种粒度在「检索 R 条经验」时暴露的动作条数;ALFWorld / WebShop 切换;R 从 1 到 6 的线性缩放。

没覆盖:检索相似度计算、任务级长度重排、里程碑级轨迹去重、每个片段多取一个动作、LLM 生成指南/提示的过程、任务成功率。R 不是论文的实验变量;论文固定 M=2(任务级)和 P=2(里程碑级)。

因此这个模拟只能说明「粒度越粗,单条经验带入的动作越多」这一算术关系,不能用来推断成功率或消融幅度。

手算校验:两组参数,逐位对上ALFWorld R=2;WebShop R=3

第 1 组:ALFWorld,R=2。Table 3 给的平均值是 5.89 个里程碑/轨迹、1.78 个动作/里程碑。按 Table 3 的平均值相乘,每条轨迹约 5.89 × 1.78 = 10.48 个动作。

  • 动作级:2 × 1 = 2.00
  • 里程碑级:2 × 1.78 = 3.56
  • 任务级:2 × (5.89 × 1.78) = 2 × 10.4842 = 20.9684 → 20.97

第 2 组:WebShop,R=3。Table 3 给的平均值是 5.00 个里程碑/轨迹、1.11 个动作/里程碑。按 Table 3 的平均值相乘,每条轨迹约 5.00 × 1.11 = 5.55 个动作。

  • 动作级:3 × 1 = 3.00
  • 里程碑级:3 × 1.11 = 3.33
  • 任务级:3 × (5.00 × 1.11) = 3 × 5.55 = 16.65

页面 JS 用 toFixed(2) 输出同样两组值。这里的「动作级 / 任务级」不是论文的实验设置,而是本页为了比较粒度做的换算;论文实际检索的是任务级 top-2 和里程碑级 top-2。

04

没有训练,成本主要花在离线建库和每步的 LLM 调用

这一节回答工程问题:库有多大、检索多深、每步要做什么、论文没有报告什么。

训练方式

不更新参数,也不训练策略网络

HiPlan 没有参数训练或微调。离线阶段只建库;执行阶段的 π 是同一个底层 LLM 的提示式决策。论文把里程碑指南生成、步进提示构造、最终动作预测都交给同一个模型。

表 3 · 里程碑库统计(原文 Table 3,完整转录)

指标ALFWorldWebShop合计 Total
专家演示数 Source demonstrations50077577
每条轨迹平均里程碑数5.895.005.77
每个里程碑平均动作数1.781.111.70
库记录总数 Total entries2,9453853,330

执行时的固定设置

成本缺口

论文没有报告 token、延迟或 API 成本

论文给出了库的规模(3,330 条)和每步的算法流程,但没有报告每次 LLM 调用的 token 数、端到端延迟、检索延迟或 API 成本;也没有报告库规模扩大后的检索开销。

从 Algorithm 1 能看到每步至少有一次 hint 生成和一次动作决策(第 17–18 行);论文没有说明这两次调用是否合并,也没有给出延迟数字。

05

一张图看清:离线建库,在线每步做两层检索

上半部分是离线一次性构建,下半部分是执行时循环;图中数字来自 Table 3 与 §5.1。

离线:一次性建库 在线:执行时双层检索 577 条成功演示 ALFWorld 500 · WebShop 77 (Table 3) GPT-4o-2024-08-06 切分轨迹、生成里程碑描述 (§5.1 / Appendix B) all-mpnet-base-v2 编码任务与里程碑 归一化点积检索 里程碑库 3,330 条 (v_task, v_milestone, m_k, ζ_k) ALFWorld 2,945 · WebShop 385 (Table 3) 离线只做一次;库在执行时是静态的 测试任务 τ → 任务向量 v_τ (Eq. 6) 任务级检索 top-2 按轨迹长度重排 (§C.1, M=2) LLM 生成里程碑指南 G_τ = [m_1, …, m_K] (Eq. 2) 当前里程碑 m_k → 里程碑级检索 top-2 轨迹级去重(§C.2, P=2) (Eq. 3) LLM 生成步进提示 h_t {State Context, Milestone Gap, Action Correction} (Eq. 4) 策略 π → 动作 a_t 完成则 k ← k+1 否则继续当前里程碑 检索 每步循环 每局上限:ALFWorld 50 步 / WebShop 40 步(§5.1)
图 1 · 依据原文 Figure 2 的结构重绘,非原图。离线阶段(左)把专家演示切成里程碑并入库;在线阶段(右)先做任务级检索生成全局指南,再在每个时间步做里程碑级检索生成局部提示。原图中的示例轨迹、提示词模板与具体 case 未转录。
这张图覆盖了什么、省略了什么依据 Figure 2 重绘,非原图

覆盖:离线建库(专家演示 → GPT-4o 切分 → 向量化 → 里程碑库)与在线双层检索(任务级 top-2 → 里程碑指南;里程碑级 top-2 → 步进提示 → 动作)的主链路。

省略:原图中的示例任务轨迹、提示词模板、任务级长度重排和里程碑级轨迹去重的细节、one extra action 的前向上下文;这些在 §C 和 Appendix F 有文字/模板,图中只保留主链路。

图中数字来自 Table 3(577 / 3,330 / 2,945 / 385);M=2 / P=2 的设置见 §C.1 与 §C.2。

读图顺序

三步走

  • 离线:577 条演示 → GPT-4o 切分 → 向量化 → 3,330 条库记录。
  • 在线:任务 τ → top-2 任务 → 里程碑指南。
  • 每步:当前里程碑 → top-2 里程碑(去重)→ 步进提示 → 动作;完成则 k+1。
06

成功率高于基线,但优势大小取决于模型和任务

先看两张主表,再看步数效率和消融;每个数字都带模型、基准和指标。

表 1 · ALFWorld 六类任务成功率(原文 Table 1;数值为成功率,0–1)

模型方法PutExamineCleanHeatCoolPutTwoAll
Mixtral-8x22bREACT0.460.890.550.830.620.180.59
REACT+Reflexion0.770.890.610.830.620.290.64
TRAD0.750.890.840.700.950.530.78
HiPlan0.920.940.840.870.710.590.82
LLaMA3.3-70bREACT0.500.830.390.650.480.180.50
REACT+Reflexion0.580.830.480.650.570.240.56
TRAD0.960.890.900.650.670.590.79
HiPlan1.001.000.970.910.900.820.94

ALFWorld 评测集为 134 个 out-of-distribution 任务(§5.1);All 列为论文给出的整体成功率。

表 2 · WebShop 平均奖励与成功率(原文 Table 2;200 条测试指令)

模型方法平均奖励 Reward成功率 Success Rate
Mixtral-8x22bREACT0.260.19
REACT+Reflexion0.400.24
TRAD0.100.04
HiPlan0.500.36
LLaMA3.3-70bREACT0.090.08
REACT+Reflexion0.230.12
TRAD0.270.14
HiPlan0.580.40

ALFWorld:LLaMA 上的点差更大

LLaMA3.3-70B:HiPlan 的 All 为 0.94,TRAD 0.79,REACT 0.50。按 All 列算,HiPlan 比 TRAD 高 15 个百分点(94 − 79),比 REACT 高 44 个百分点(94 − 50)。

Mixtral-8x22B:HiPlan 0.82,TRAD 0.78,REACT 0.59;比 TRAD 高 4 个百分点(82 − 78),比 REACT 高 23 个百分点(82 − 59)。

原文 §5.2 把这组范围写成 “absolute gains ranging from 4% to 23% points for Mixtral and 15% to 44% points for LLaMA”。按 Table 1 的 All 列复算,4/23 和 15/44 都是相对不同基线的点差(最强基线 TRAD / 最弱基线 REACT),不是相对提升百分比。

原文对照

“all task categories” 与 Table 1 的 Mixtral Cool 列

§5.2 原文:“HiPlan achieves the highest success rates across all task categories…”

Table 1 的 Mixtral 块:Cool 列 HiPlan 0.71、TRAD 0.95,HiPlan 低 24 个百分点(95 − 71);Clean 列 HiPlan 0.84、TRAD 0.84。两处并列呈现,读者可自行对照。

WebShop:TRAD 在 Mixtral 上塌到 0.04

LLaMA 块:HiPlan 成功率 0.40,TRAD 0.14,REACT 0.08;HiPlan 比 TRAD 高 26 个百分点(40 − 14),比 REACT 高 32 个百分点(40 − 8)。

Mixtral 块:HiPlan 0.36,REACT 0.19,TRAD 0.04;HiPlan 比 REACT 高 17 个百分点(36 − 19),比 TRAD 高 32 个百分点(36 − 4)。TRAD 在同一模型、同一基准上低于 REACT 和 REACT+Reflexion。

论文的解释是:WebShop 里直接给低层动作示范,可能引入显著噪声,模型在 40 步内买不到目标商品;这也说明 TRAD 对任务形态敏感。

奖励:即使没买对,也更接近需求

LLaMA 块:HiPlan 平均奖励 0.58,TRAD 0.27,差 0.31。Mixtral 块:HiPlan 0.50,最高的基线是 REACT+Reflexion 0.40,差 0.10;TRAD 只有 0.10。

论文的解释:奖励衡量购买商品与需求的属性匹配度;即使没买到完全正确的商品,HiPlan 也更可能选中满足约束的替代品。

步数效率:平均减少 28% / 37%,逐项数字在 Figure 5

原文 §A 报告:平均步数在 ALFWorld 减少 28%,在 WebShop 减少 37%。按 Figure 5 的转录数字分模型看:LLaMA 上,ALFWorld 比 REACT / Reflexion / TRAD 分别少 51.3% / 40.6% / 24.5%,WebShop 分别少 55.0% / 41.0% / 41.6%;Mixtral 上,ALFWorld 为 29.6% / 18.9% / 0.5%,WebShop 为 38.8% / 8.9% / 38.3%。§A 的「最多」没有注明模型;照抄成通用结论会与 Figure 5 的 Mixtral 数字冲突。

原文 §A / Figure 5 · 平均完成步数(数字转录;越小越好)

方法ALFWorld LLaMAALFWorld MixtralWebShop LLaMAWebShop Mixtral
HiPlan15.119.717.020.5
REACT31.028.037.833.5
Reflexion25.424.328.822.5
TRAD20.019.829.133.2

按 Figure 5 的六项相对降幅取算术平均:ALFWorld 为 27.6%(论文写 28%),WebShop 为 37.3%(论文写 37%)。例如 ALFWorld 的 LLaMA 从 REACT 的 31.0 步降到 15.1 步,降幅 (31.0 − 15.1) / 31.0 = 51.3%。

步数降幅逐项计算六项相对降幅的算术平均

原文 §A / Figure 5 · 步数相对降幅(由转录数字计算)

对比ALFWorld LLaMAALFWorld MixtralWebShop LLaMAWebShop Mixtral
vs REACT51.3%29.6%55.0%38.8%
vs Reflexion40.6%18.9%41.0%8.9%
vs TRAD24.5%0.5%41.6%38.3%

每格 = (基线步数 − HiPlan 步数) / 基线步数 × 100。ALFWorld 六格平均 (51.3 + 40.6 + 24.5 + 29.6 + 18.9 + 0.5) / 6 = 27.6%;WebShop 六格平均 (55.0 + 41.0 + 41.6 + 38.8 + 8.9 + 38.3) / 6 = 37.3%。论文把这两个值分别写成 28% 和 37%。

口径提醒:28%/37% 原文只写 “on average”;按 Figure 5 转录数字复算,它们是六项相对降幅的算术平均(27.6% / 37.3%),不是「相对某个单一基线」的降幅。§A 还写 “compared to Reflexion”,而 Table 1/2 的方法列是 “REACT+Reflexion”;两处命名并列呈现。

消融:完整版高于三个变体,但 11–32 / 9–11 对应的是 Direct → HiPlan

三个变体:HiPlan-Direct(去掉指南和提示)、HiPlan-Milestone(只留指南)、HiPlan-w/o milestone-level demonstrations(保留指南和提示,但提示不检索里程碑片段)。

原文 §5.3 / Figure 3 · 消融成功率(数字转录;数值为成功率 0–1)

变体ALFWorld MixtralALFWorld LLaMAWebShop MixtralWebShop LLaMA
HiPlan-Direct0.500.830.250.31
HiPlan-Milestone0.520.890.270.33
HiPlan-w/o milestone-level demonstrations0.660.900.320.34
HiPlan0.820.940.360.40

原文 §5.3 报告:三个变体都低于完整版;并写 “the combination with step-wise hints yields substantial gains (11-32% points in ALFWorld, 9-11% points in WebShop)”。按 Figure 3 的转录数字复算,这两个区间对应的是 Direct → HiPlan:

所以,若把 “combination with step-wise hints” 理解为「在 Milestone 基础上只加 hints」,区间是 5–30 / 7–9;原文写出的 11–32 / 9–11 对应的是「Direct → 完整版」,即同时加入里程碑指南和 step-wise hints。两处并列呈现,读者可自行对照。

三个变体都低于完整版;HiPlan-w/o milestone-level demonstrations 在四个格子里也都低于 HiPlan(Figure 3)。原文没有给出逐项点差,本页不额外外推。

07

它依赖专家演示,也没解决「里程碑是否真的完成」

这一节列出论文自己报告的失败模式,以及论文没有回答的问题。

前提

必须有成功的专家演示

离线库来自 577 条成功演示(ALFWorld 500、WebShop 77)。论文假设能拿到这些演示;没有讨论演示稀少、质量差或新领域没有演示时怎么办。

这是方法的前提条件,不是实验结论。

切分

里程碑由 GPT-4o 切,质量没有单独评估

切分和描述由 GPT-4o-2024-08-06 完成。论文没有报告切分错误率,也没有做切分质量的消融。

如果切分把不同子目标混在一起,库里的「里程碑」就不再是中等粒度。

失败模式 1:里程碑没完成就跳下一步

Appendix D.1 的例子:任务 “put a cool tomato in the microwave”,agent 把番茄放进微波炉,但没有完成冷却步骤——尽管冷却在生成的里程碑指南里是明确的一步。论文归因于文本观测下很难判断物体状态是否真的改变。

“the agent moves the tomato into the microwave without successfully performing the cooling step—despite this being an explicitly defined milestone in the generated action guide.”

失败模式 2:语义误识别与低效重复

同一附录还列了两类 ALFWorld 错误:一是语义误识别,例如要找 “apple” 却反复找不到,最后拿成 “tomato”;二是低效重复探索,例如 “heat an egg and put it in the garbagecan” 任务里,超过 40 步反复开同一个冰箱、抽屉和不存在的 “diningtable 1”。

“over 40 steps were spent re-opening the same refrigerator, drawers, and non-existent objects like ‘diningtable 1’ before finally locating the egg in an unexpected container (the garbagecan itself).”

失败模式 3:WebShop 的规格漂移与动作循环

Appendix D.2 列了三类:规格漂移(忽略尺寸/材质/颜色,直接买默认款)、动作循环(点当前页面不存在的按钮)、信息利用不足(忽略搜索结果里已经出现的正确商品)。其中一个例子是用户明确要求 “6.76 fl oz”,agent 跳过选项选择,直接购买了默认规格。

“although the user explicitly requested a product with ‘6.76 fl oz’ volume, the agent skipped the option selection step and directly purchased the default variant.”

论文没有回答的问题

什么时候别用

三个边界

  • 没有成功演示:离线库无法构建。这是方法的硬前提。
  • 任务很短、步骤很少:建库 + 两次检索的固定开销可能不划算。推断(依据:论文只在 ALFWorld / WebShop 这类长时程任务上评测,没有短任务实验)。
  • 环境变化快到里程碑定义失效:Algorithm 1 只在开始时生成一次 Gτ,执行中只更新里程碑索引 k,不重新生成指南。推断(依据:Algorithm 1 第 12–26 行;论文没有研究动态重规划)。
论文自己列的 future work原文 §6
“One promising direction is extending the framework to a broader range of tasks and domains to assess its generalizability and scalability. Additionally, we plan to investigate methods for summarizing and abstracting experience gained through step-wise hints, enabling effective cross-task knowledge transfer and improving adaptation in novel scenarios.”