LLM中的强化学习算法——RLHF、PPO、DPO、GRPO


1. RLHF:人类偏好对齐的起点

核心:让人工标注员给模型回答打分,训练一个「奖励模型」作为裁判,再用强化学习让模型学会讨好这个裁判。

难点突破

  • 首次实现对齐:让模型输出更符合人类偏好(如安全、有用)。
  • 问题暴露:流程复杂(需训练奖励模型+策略模型),计算成本爆炸(如ChatGPT训练需数千张GPU)。

类比
学生(模型)做题→老师(人类)批改→学生根据批改结果调整答案。


2. PPO:稳定训练的「安全锁」

核心:在强化学习中限制模型「别乱改」,防止为了高分奖励生成胡言乱语。

难点突破

  • 解决训练崩溃:通过KL散度约束,防止模型偏离原始能力太远。
  • 新问题:需同时维护策略模型(生成答案)和价值模型(评估答案),大模型场景下内存爆炸。

类比
学生想考高分,但不能完全抛弃基础知识(原始模型),PPO像教导主任,防止学生作弊或走极端。


3. DPO:扔掉裁判的「极简主义」

DeepSeek的GRPO算法是什么? - AIQL的回答 - 知乎
核心:直接对比「好答案」和「坏答案」的概率差异,绕过奖励模型训练。

难点突破

  • 流程简化:省去奖励模型训练,单阶段直接优化。
  • 新问题:依赖静态标注数据(无法动态优化),复杂任务(如数学推理)表现弱。

类比
学生直接刷「标准答案」和「错误答案」的题库,但遇到新题型可能翻车。


4. GRPO:推理优化的「组队模式」

核心:让模型对同一问题生成多个答案,组内对比选出最佳,同时优化过程(推理步骤)和结果。

难点突破

  • 解决复杂任务:数学/代码等需多步推理的任务,通过组内对比提升稳定性。
  • 资源优化:无需独立价值模型,用平均奖励替代,节省30%以上显存。

类比
学生小组讨论,每人提出解法→对比选出最优解,同时互相学习中间思路。
在这里插入图片描述


总结:方法对比与演进逻辑

方法 核心改进 解决的核心问题 典型场景
RLHF 人类反馈作为奖励信号 模型输出与人类偏好对齐 通用对话
PPO KL约束+双模型优化 训练稳定性差、策略偏离 早期GPT微调
DPO 直接对比偏好数据 流程复杂、计算成本高 风格一致性任务
GRPO 组采样+过程奖励 复杂推理任务稳定性差、资源占用高 数学/代码生成

演进逻辑
效率提升:从多阶段训练(RLHF)→ 单阶段优化(DPO)→ 无价值模型(GRPO)
能力扩展:从结果偏好对齐→过程推理优化
资源节省:GPU内存占用逐步降低,更适合大模型分布式训练


通俗比喻

  • RLHF:雇专业评委打分,学生苦练讨好评委
  • PPO:加一条规则:不准模仿评委的笔迹作弊
  • DPO:直接刷题库,只记正确答案特征
  • GRPO:小组学习,互相挑错,重点研究解题步骤

每种方法都在尝试平衡三个矛盾:对齐效果训练成本任务复杂度,GRPO目前更擅长「烧脑题」,而DPO适合「风格题」。

好的,我现在需要解决的问题是:在RLHF、PPO、DPO和GRPO这几个算法中,每个算法分别需要训练哪些模型。根据用户提供的参考内容,我需要仔细梳理每个方法的流程和涉及的模型,确保答案准确。

首先,回顾一下RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback)的基本流程。根据参考内容,RLHF通常分为三个阶段:监督微调(SFT)、奖励模型训练(RM)和强化学习优化(如PPO)。在RLHF的PPO阶段,通常会用到四个模型:Actor模型(即需要训练的策略模型)、Critic模型(评估状态价值的模型)、奖励模型(RM)和参考模型(Reference Model,用于约束策略更新)。因此,RLHF需要训练的是Actor和Critic模型,而RM和Reference Model通常是在之前阶段训练好的,或者在PPO阶段保持冻结。

接下来是PPO(Proximal Policy Optimization)。参考内容提到,在PPO中,需要同时维护策略模型(Actor)和Critic模型,两者都需要更新。奖励模型和参考模型则是预训练好的,不参与训练。因此,PPO需要训练的是Actor和Critic模型。

然后是DPO(Direct Preference Optimization)。根据参考内容,DPO简化了流程,不需要单独的奖励模型,而是通过直接优化策略模型来对齐偏好数据。它只需要策略模型(Actor)和参考模型,其中参考模型参数冻结,仅策略模型需要训练。因此,DPO只需要训练策略模型。

最后是GRPO(Group Relative Policy Optimization)。参考内容指出,GRPO不需要Critic模型,而是通过组内采样和平均奖励作为基线来优化策略。因此,GRPO只需要训练策略模型,无需Critic或其他辅助模型。

总结时需注意每个算法涉及的模型及其训练状态,确保区分哪些需要更新参数,哪些保持冻结。例如,RLHF中的奖励模型和参考模型在PPO阶段是否参与训练,根据参考内容,它们通常是固定的,仅Actor和Critic需要训练。而DPO的参考模型是初始化的SFT模型,训练时冻结,只有策略模型更新。GRPO则进一步简化,完全不需要Critic,只训练策略模型。

需要确认是否有其他模型可能被提及,例如在RLHF中是否有其他变体,但根据提供的资料,主要模型如上述所述。另外,注意用户提供的参考内容中提到的细节,如DPO是否真的不需要任何奖励模型,而GRPO如何避免使用Critic,这些都需要准确反映在答案中。

以下是RLHF、PPO、DPO、GRPO四种算法需要训练的模型对比:


1. RLHF(Reinforcement Learning from Human Feedback)

  • 训练模型
    • SFT模型(监督微调模型):用于初始化策略模型。
    • 奖励模型(Reward Model):通过人类标注的偏好数据训练,用于生成即时奖励。
    • Actor模型(策略模型):通过PPO算法优化,生成最终对齐后的模型。
    • Critic模型(价值模型):用于估计状态价值(未来收益)。
  • 冻结模型
    • 参考模型(Reference Model):用于KL散度约束,防止策略偏离原始模型。

2. PPO(Proximal Policy Optimization)

  • 训练模型
    • Actor模型:生成回答的策略模型,通过重要性采样和裁剪更新。
    • Critic模型:预测未来总收益的价值模型,通过均方误差(MSE)优化。
  • 冻结模型
    • 奖励模型:提供即时奖励(如数学答案正确性)。
    • 参考模型:用于KL散度约束。

3. DPO(Direct Preference Optimization)

  • 训练模型
    • 策略模型(Policy Model):直接通过偏好数据优化,无需显式奖励模型。
  • 冻结模型
    • 参考模型:初始化为SFT模型,用于对比约束。
  • 特点
    • 省去奖励模型和Critic模型,仅需正负样本对即可训练。

4. GRPO(Group Relative Policy Optimization)

  • 训练模型
    • 策略模型:通过组内采样和相对优势估计优化。
  • 无额外模型
    • 无需Critic模型(用组平均奖励替代基线)。
    • 无需显式奖励模型(通过结果和过程监督)。
  • 特点
    • 通过组内对比降低方差,资源占用仅为PPO的1/3。

对比总结表

算法 训练模型 冻结/固定模型 核心简化点
RLHF Actor、Critic、Reward Model Reference Model 需4模型协作,流程复杂
PPO Actor、Critic Reward Model、Reference Model 需双模型更新,内存占用高
DPO 策略模型 Reference Model 省去奖励模型,单阶段优化
GRPO 策略模型 无(组采样替代Critic和奖励模型) 无Critic,组内对比优化稳定性

关键差异

  • RLHF/PPO:依赖奖励模型和价值模型,适合复杂动态优化(如对话安全)。
  • DPO:仅需策略模型和参考模型,适合静态偏好对齐(如风格迁移)。
  • GRPO:完全去中心化,通过组采样和过程监督优化推理任务(如数学解题)。

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