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奖励不再只归功于最近的动作:让语言模型解释结果,延迟奖励也能追到源头

核心概要

一种把延迟奖励按“解释”而非时间远近重新分配的信用分配框架,在Crafter、WordCraft、KuaiRand和工业级生成式推荐器上,把稀疏终端奖励的学习信号追回到数百步之前真正起作用的动作。

Source-provided article image: Beyond Temporal Proximity: Explanatory World Models for Credit Assignment in Reinforcement Learning
Figure 1 · arXiv

深度剖析

长期决策中,一个动作的后果可能几百甚至上千步之后才出现,标准强化学习按时间远近回传奖励,离结果越远的动作分到的学习信号越弱。 此前主流做法依赖折扣回报,把时间接近当作相关性的代理,延迟越长越需要靠试错把虚假关联平均掉,延迟长度直接转化为样本效率损失。 在Crafter上,把技术成就奖励合并成单个终端奖励后,普通PPO在延迟长程环境中明显学不动,而按解释重分配奖励的方法在折扣因子和回合长度上限的八种组合上都优于PPO。

这套框架让语言模型充当回溯解释器:给定一条轨迹和一个已发生的结果,模型指出哪些更早的事件可能导致了它,并给出权重。 与LaRe用语言模型构造隐奖励表示、再学一个解码器映射到回合回报不同,这里让模型回答“哪些已发生事件解释了结果”,且归因被限制在轨迹内真实出现的事件上。 在WordCraft的困难划分上,用语言模型做解释器的版本接近用真实配方依赖的oracle解释器得分,而LaRe几乎学不动、PPO只略高于随机。

解释给出的权重通过一个保守的层级重分配算子把奖励搬到被引用的事件上,并递归地对这些事件再解释,从而让奖励到达任意远的过去。 折扣回报用固定的时间系数决定奖励落在哪里,这里改用依赖实际结果和轨迹证据的归因权重,且每一步分配之和恰好等于该节点收到的奖励,不改变回合总回报。 在KuaiRand在线设置中,由解释导出的五步终止规则把平均评估回报从3.773提升到6.736,全历史版本达到13.249,oracle门控为15.653。

启示与展望

这套方法面向需要在延迟结果下做信用分配的强化学习与推荐系统研究者,适用场景是回合式、奖励稀疏且交互昂贵的任务。它作为归因层插在观察奖励与更新策略之间,不修改环境、策略类或优化算法,因此可与消费逐转移奖励的其他回合式RL方法组合。在线设置中策略仍与原环境交互,离线设置中对每条记录轨迹应用一次,产生的解释图和重分配奖励可缓存复用。

在线KuaiRand的评估回报来自基于模型的模拟反馈,而非线上部署直接观测到的参与度,因此衡量的是模拟推荐环境中的表现。全历史门控虽然累计回报更高,但每步平均奖励降到0.442,低于普通策略的0.467,其收益来自更长的会话而非每次推荐更高的奖励。工业推荐器的结果来自对历史日志的离线回放,属于行为代理指标。解释变体之间的差异也随评估任务而变,例如在KuaiRand离线设置中,广度变体取得最大的平均AUC提升1.99个百分点,但其NDCG@10差异接近零、MRR差异略为负。