RLPR
Verifier-Free RL · arXiv 2025

RLPR:用参考答案的平均 token 概率当奖励,绕开验证器

RLPR 不判断模型答案对不对。模型照常生成完整回答 o=z∥y,但奖励计算时把生成的 y 替换成参考答案 y*,得到 o′=z∥y*,读取 y* 每个 token 的平均概率作为奖励;不把 y 送进验证器。再减去“没有推理链时”的同一概率,得到去偏奖励。Qwen2.5-7B:MMLU-Pro 从 Instruct 对照的 54.5 到 56.0、TheoremQA 从 Instruct 的 47.3 到 55.4(RLPR 从 Base 起训练),训练不需要外部验证器。

Tianyu Yu、Bo Ji、Shouli Wang 等 · 清华 / NUS / 上海期智研究院 / 哈工大 / BUPT / UIUC 等 原文 ↗ 代码 ↗
TL;DR · 30 秒抓住核心

RLPR 的奖励是参考答案 y* 在给定推理链 z 下的平均 token 概率:mean(πθ(y*i|x,z,y*<i))。它比序列似然(论文用 n 次根归一化的概率乘积)稳健,因为未归一化的乘积会被单个低概率 token 主导:论文举例 (0.01,0.7,0.9) 与 (0.05,0.7,0.9) 的乘积相差 5 倍,均值只差 0.013。

为去掉“问题本身或答案格式”带来的偏置,RLPR 再算一次“不给推理链、直接生成 y*”的概率 r′,用 clip(0,1,r−r′) 作为最终奖励;训练时用 GRPO,并按奖励标准差动态过滤太简单/太难的 prompt。

Qwen2.5-7B 的七基准总平均 53.6,高于 RLVR 的 52.6 与 General Reasoner 的 52.0;但 GPQA 上 Oat-Zero 38.8 高于 RLPR 37.6,MATH-500/AIME 也不是 RLPR 最高,数学专项模型仍更强。

56.0%
Qwen2.5-7B 的 MMLU-Pro Avg@2;Instruct 54.5%,RLVR 55.1%;RLPR 从 Base 起
55.4%
Qwen2.5-7B 的 TheoremQA Avg@2;Instruct 47.3%,VeriFree 47.6%;RLPR 从 Base 起
53.6%
七个基准的总平均;RLVR 52.6%,General Reasoner 52.0%
01

RLVR 的奖励靠验证器,通用领域的答案却没法规则判等

数学和代码有符号验证器或沙箱;开放式问答、法律、生物、商业没有廉价而可靠的“判对错”程序。

标准 RLVR 给每个回答一个标量奖励:

J(θ) = Ez,y∼πθ(·|x) [ fverifier(y, y*) ]
Eq. 1:z 是推理链,y 是最终答案,fverifier 是任务特定的规则验证器。

规则验证器在数学题上是 Math-Verify,在代码上是沙箱执行;换到自然语言答案,验证器要处理同义改写、部分正确、格式差异,工程量迅速失控。另一种办法是训练一个模型验证器,但论文指出这需要大量标注、奖励质量不稳定、还要在训练时额外维护一个模型。

规则验证器

便宜、确定、不可扩展

答案可判等时很好;自由形式答案的多样性让规则覆盖不过来,论文的原话是“impossible to devise rule-based verifiers”。

模型验证器

通用、昂贵、奖励质量有限

要训练专门的判等模型(如 General Reasoner 的 1.5B verifier),需要标注数据,训练框架更复杂,还会多一份推理成本。

RLPR 的观察是:模型对参考答案的生成概率,本身就是它对自己推理质量的内部评价。如果推理链 z 好,模型应该更“敢”生成 y*;如果 z 差,概率就低。于是奖励可以从模型内部读出,而不必外接一个裁判。

02

VeriFree 已经用过参考答案概率,RLPR 改的是聚合方式与去偏

两条路线都不需要验证器,差别在奖励怎么从 token 概率变成一个标量,以及怎么处理“问题本身带来的偏置”。

表 0A · 三种奖励来源的对比(页面整理,依据 §1–§3.1)
方法奖励来源是否需要验证器主要弱点
RLVR规则/沙箱判等是(规则)通用领域难以写规则
General Reasoner训练出的 1.5B 模型验证器是(模型)标注成本、奖励质量、额外推理
VeriFree参考答案的序列似然(n 次根归一化)否似然方差大,限制答案 <7 token
RLPR参考答案的平均 token 概率,去偏否仍依赖参考答案;多一次前向

表中 VeriFree 的“<7 token”来自 RLPR 论文对其复现设置的描述(§3.1);RLPR 自己不做这个长度限制。

序列似然是 ∏pi(论文实际用 n 次根归一化,fseq = (∏pi)1/n;下面的 5 倍按未归一化乘积口径计算,用来说明低概率 token 的影响)。论文给了一个直观例子:概率序列 (0.01, 0.7, 0.9) 与 (0.05, 0.7, 0.9) 只差第一个 token,但乘积结果相差 5 倍;对长答案,只要出现一个极低概率 token,奖励就会被压到接近 0。平均概率把每个 token 的贡献拉平,更接近“整体置信度”。

但平均概率仍有偏置:有些问题本身就让模型容易/不容易生成 y*,这与推理链 z 无关。RLPR 用“无推理链时直接生成 y*”的概率 r′ 作基线,奖励变成 r−r′,衡量的是“经过思考后,置信度提升了多少”。

03

奖励 = 平均 token 概率 − 无推理基线,再按标准差筛 prompt

三个组件:平均概率、去偏、标准差过滤;训练算法仍是 GRPO。

1 · 平均 token 概率

把模型回答拆成推理链 z 和答案 y,用数据集里的 y* 替换 y,得到 o′=z∥y*;把 o′ 喂给策略模型,取 y* 对应 token 的概率:

r = fseq({pi | o′i ∈ y*}) = (1/|y*|) Σi pi
Eq. 2:fseq 取平均,而不是连乘;pi 是 y* 第 i 个 token 的生成概率。

2 · 去偏

再算一次没有推理链的基线 r′:直接把 y* 喂给模型(不加 z),用同一公式取平均概率。最终奖励:

r̂ = clip(0, 1, r − r′)
Eq. 4:clip 到 [0,1];r−r′ 表示“有了推理链之后,模型对 y* 的置信度增量”。

3 · 标准差过滤

GRPO 需要同一 prompt 的多条回答之间有奖励差异。若一组回答的奖励标准差很低(全高或全低),这题对当前模型太简单或太难,梯度信号弱。RLPR 用指数移动平均维护阈值 β,过滤掉奖励标准差低于 β 的 prompt;β 在 Qwen 上取 0.5,Llama 0.9,Gemma 1.0(Table 7)。

概率奖励计算器三个 token 概率 + 无推理基线 r′
平均概率、连乘与去偏奖励

平均概率 = (p1+p2+p3)/3;连乘 = p1p2p3(页面演示用原始连乘;论文的序列似然基线用 n 次根归一化);去偏奖励 = clip(0,1,平均−r′)。r′ 是页面演示参数,不是论文的具体数据。

手算:默认 0.50 / 0.70 / 0.90,r′=0.30 与 JS 逐位一致

平均 = (0.50+0.70+0.90)/3 = 0.700;连乘 = 0.50×0.70×0.90 = 0.315;去偏 = clip(0,1,0.700−0.300) = 0.400。

换成论文的例子:(0.01,0.7,0.9) 平均 0.537、连乘 0.006;(0.05,0.7,0.9) 平均 0.550、连乘 0.032。平均只差 0.013(0.550−0.537);连乘差 5.0 倍(按未舍入值 0.0315/0.0063;若按显示的四舍五入值 0.032/0.006 则约 5.3)。

若 r′ ≥ 平均,r̂ 被 clip 到 0;若平均−r′ > 1,r̂ 被 clip 到 1。页面没有把 clip 前的负值当成负奖励。

训练目标与 GRPO

最终梯度估计器就是策略梯度:

∇JRLPR(θ) = Eo∼πθ(·|x) [ r̂ ∇ log πθ(o|x) ]
Eq. 5:o = z∥y,奖励 r̂ 对整条回答做加权;实现上用 GRPO 的组归一化优势。

注意 RLPR 的奖励是连续的,不是 0/1;这让它可以给“部分正确”的回答一个中间分,而不是像规则验证器那样直接判 0。论文的 AUC 分析就是在检验这个连续分能否把正确回答排在错误回答前面(§3.3、Figure 4)。

04

32×A100、768 prompt × 8 条回答×4 次更新:省掉验证器,增加一次前向

RLPR 的奖励计算要对每条回答多做一次“拼接参考答案”的前向;论文没有给总 GPU 小时,只给了硬件与批量。

表 0B · RLPR 训练配置(页面整理,数字取自 §3.1、§A.1.1、§A.3、§A.4、Table 7)
项目设置说明
硬件32×A100每个实验;未给总 GPU 小时/显存峰值
每步 prompt768每题 8 条回答,共 6,144 条 rollout
每步更新4 次对同一批 rollout 做 4 次策略更新
学习率 / KL5e−7 / 无 KL§A.1.1 写 5e−7,§A.4 写 1e−6,原文内部不一致;熵惩罚 1e−3;clip (0.8, 1.27)
数据77k 非数学 prompt来自 Ma et al. 的 WebInstruct,GPT-4.1 过滤过易题(§A.3 写 GPT-4.1-mini)
采样temperature=1Gemma/Llama 用 0.6;max generation 3072
过滤阈值 β0.5 / 0.9 / 1.0Qwen / Llama / Gemma

默认模型是 Qwen2.5-7B-Base;Table 1 的 Qwen 对照行是 Qwen2.5-7B-Instruct,两者不是同一个起点,页面在结果节明确标注。Gemma/Llama 的 batch 为 256,β 分别为 1.0/0.9(Table 7)。

省下的

验证器模型、规则工程、模型验证器的显存与查询;不需要为每个领域写判等逻辑。

新增的

每条回答一次“拼接 y*”的前向;连续奖励的标准差过滤;仍需参考答案 y*。

没省的

RL 采样本身:768×8 条 rollout、4 次更新、32×A100;论文没有报告单步耗时。

05

生成 z 和 y → 拼 y* → 读 token 概率 → 去偏 → GRPO

关键差别:模型照常生成完整回答 o=z∥y,但奖励计算不把生成的 y 送进验证器,而是替换成 y* 做一次前向;奖励来自 z∥y* 的 token 概率。

问题 x + 参考答案 y* 生成 z 和 y 每题 8 条 拼接 o′ = z ∥ y* 替换生成的 y 读 token 概率 平均 → r 去偏 r̂ = r − r′ clip 到 [0,1] GRPO 组内优势 + clip 更新 π_θ 下一轮采样 评测 4 通用 + 3 数学基准
图:RLPR 的训练流程与在线循环:更新 π_θ 后回到“生成 z 和 y”开始下一轮采样;评测是训练完成后的独立分支。奖励来自参考答案 token 概率的均值,减去无推理基线后 clip;不把生成的 y 送验证器,也没有“生成答案再判对错”的步骤。图不覆盖标准差过滤的具体 EMA 实现与 GRPO 的 batch 组织。
06

Qwen 七基准总平均 53.6 最高,但 GPQA 与数学并非每个都第一

先看 Table 1 的完整对照,再看通用平均与数学专项模型的差别;最后看奖励质量与消融。

Table 1 · 七基准主结果(节选 12 行)

模型 / 方法MMLU-ProGPQATheoremQAWebInst.MATH-500MinervaAIME24GeneralAll
Gemma2-2B-it
Base27.919.316.433.526.615.90.024.319.9
+ RLVR31.625.820.152.330.716.50.232.425.3
+ RLPR33.528.521.252.030.417.10.233.826.0
Llama3.1-8B-Inst
Base46.431.631.354.750.132.74.240.535.6
+ RLVR49.336.032.060.251.935.24.644.438.5
+ RLPR53.636.535.568.554.139.08.848.542.3
Qwen2.5-7B
Base(非 Instruct)45.332.441.460.463.037.66.544.940.9
Instruct(对照起点)54.534.247.372.675.449.49.452.249.0
+ RLVR(Base 起)55.136.252.275.376.554.917.754.752.6
General Reasoner(Base 起)55.437.452.174.577.051.716.054.852.0
VeriFree(Base 起)53.836.747.672.573.549.012.552.649.4
+ RLPR(Base 起)56.037.655.475.578.056.516.356.153.6

Table 1:MMLU-Pro/TheoremQA/WebInst./MATH-500/Minerva 为 Avg@2,GPQA 为 Avg@4,AIME24 为 Avg@16。General = 前四个通用基准平均,All = 七个基准平均。页面省略 Oat-Zero/PRIME/SimpleRL-Zoo/TTRL 等数学专项基线,完整 17 行数据见原文。

RLPR(从 Base 起训练)相对 Qwen2.5-7B-Instruct 对照的增量:MMLU-Pro 1.5 点(相对 2.8%)、TheoremQA 8.1 点(相对 17.1%)、七基准总平均 4.6 点(相对 9.4%);通用平均从 52.2 到 56.1,相对 7.5%。若以非 Instruct 的 Qwen2.5-7B Base 为起点,通用平均从 44.9 到 56.1,相对 24.9%——论文的“24.9%”指的是这个起点,不是 Instruct 对照。

当前读数
Base
27.9
RLVR
31.6
RLPR
33.5
RLPRBaseRLVR柱高按当前指标最大值归一
手算:Qwen MMLU 的柱高 与 JS 逐位一致

最大值是 RLPR 56.0:Base 柱高 = round(54.5/56.0×1000)/10 = 97.3%;RLVR = 98.4%;RLPR = 100.0%。

Qwen TheoremQA 最大值 55.4:Base 85.4%、RLVR 94.2%、RLPR 100.0%。

Qwen WebInst. 最大值 75.5:Base 96.2%、RLVR 99.7%、RLPR 100.0%。柱高最低 1.2%,本页所有值都高于该下限。

通用平均与总平均:RLPR 最高,但 GPQA 不是

Qwen 的 General 平均:RLPR 56.1,RLVR 54.7,General Reasoner 54.8,VeriFree 52.6。七基准总平均 RLPR 53.6,比 General Reasoner 52.0 高 1.6 点,和论文摘要的“1.6 average points”一致。

但 GPQA 上,Qwen 的 Oat-Zero(数学专项基线)是 38.8,高于 RLPR 的 37.6;MATH-500 上 Oat-Zero 80.8、TTRL 82.1,高于 RLPR 的 78.0;AIME24 上 Oat-Zero 29.8、SimpleRL-Zoo(Math)26.5,高于 RLPR 的 16.3。所以“RLPR 在所有基准上最好”不成立:它赢在通用平均与总平均,数学专项模型仍更强。

与 VeriFree 的对比也要看表:TheoremQA 55.4 对 47.6,差 7.8 点;Minerva 56.5 对 49.0,差 7.5 点。论文摘要写的是 7.6 与 7.5;Table 1 的算术给 7.8,页面并列这两个数,不替原文消解。

奖励质量:PR +Qwen72B 通用 AUC 0.91,对规则 0.61、模型验证器 0.69

Figure 4

通用数据上 PR 的排序能力更强

PR +Qwen72B 在通用数据上 AUC 0.91;PR +Qwen7B 是 0.90、PR +Qwen0.5B 是 0.89;规则验证器 0.61,General Verifier 0.69。数学数据上 PR 三个规模 0.5B/7B/72B 分别为 0.94/0.97/0.95(Qwen7B 0.97),规则 0.95,模型验证器 0.92;PR 的优势主要在通用领域。

Figure 5

换 prompt 更稳

在三种训练 prompt 下,RLPR 的性能、回答长度、熵曲线较一致;VeriFree 在 p1 的 step-400 出现 8.0 点下降(§3.6 只写 drop of by 8.0,未写单位,按图读数)。

论文还报告 PR 与回答长度/熵的相关性很弱:只有 8% 的 prompt 得到 p<0.05 的 Spearman 相关,平均系数 −0.060(长度)与 0.059(熵)。这说明奖励不是简单地奖励更长或更熵大的回答。

Table 2/3/4 · 数据、消融与数学组合

Table 2 · 训练数据与奖励机制的对照(按主实验协议 Avg@2,页面补注)
训练数据 / 奖励TheoremQAMinerva
DAPO 数学数据 + 规则50.350.6
WebInstruct + 规则52.254.9
WebInstruct + RLPR55.456.5

Table 2:通用数据本身能提升两个基准,但规则验证器在通用数据上判不准;换成 PR 后才有 55.4/56.5。

Table 3 · 消融(Avg@2)
方法TheoremQAMinerva
RLPR55.456.5
w/o debiasing52.754.1
w/o std-filtering52.555.1
w/o token prob.(用连乘)33.534.2

Table 3:去掉去偏降 2.7/2.4 点,去掉标准差过滤降 2.9/1.4 点,把平均概率换成连乘降 21.9/22.3 点。连乘的崩溃与 §2.2 的方差分析一致。

Table 4 · 数学数据上规则奖励与 PR 的组合(Avg@2)
奖励TheoremQAMinerva
Rule-based44.850.0
Rule-based + PR48.849.0

Table 4:在已有规则奖励的数学数据上叠加 PR,TheoremQA +4.0 点,但 Minerva −1.0 点;组合不是无条件更好。页面保留这个反例。

07

它绕开验证器,但没有绕开参考答案与额外前向

RLPR 的边界可以归成三类:奖励依赖 y*、概率依赖 tokenization/语义、训练依赖额外计算与过滤超参。

参考答案质量

y* 错,奖励就错

RLPR 把“验证器质量”换成“参考答案质量”。若 y* 有错、有偏,或只是众多等价答案之一,概率奖励会放大这个信号。论文没有做参考答案噪声的鲁棒性实验。

语义等价

token 概率不理解同义改写

模型答案 y 与 y* 语义相同但措辞不同,PR 仍按 token 概率评分;平均概率比连乘稳健,但没有显式建模等价类。论文 §2.2 提到对同义改写敏感、平均概率更稳健,未单列局限。

训练成本上,每条回答多一次“拼接 y*”的前向;论文用 32×A100、768 prompt×8 条、4 次更新,未给总 GPU 小时。与“只做一次推理”相比,RLPR 仍是大规模 RL 训练,不是免费的测试时技巧。β 过滤阈值也需要按模型调(Qwen 0.5、Llama 0.9、Gemma 1.0)。

评测上,主实验用多选题与可抽取答案,WebInst. 是 held-out 验证集并做了 10-gram 去重;开放式生成、长文本、代码、多模态没有验证。论文的“通用领域”仍是 benchmark 意义上的通用,不等于任意自由形式任务。

理论上,RLPR 没有收敛性证明或最优性保证;它给的是奖励质量的经验分析(AUC、与长度/熵的相关性)和消融。RLPR 的奖励是启发式的连续信号,论文没有声称它与 RLVR 目标等价。