强化学习 / 共性问题 Technique方法

Score Centering:采样与训练不一致时的漂移修正#

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TL;DR#

本页内容8 个部分

Score Centering:相同奖励的期望更新从 0.2 变为 0

1. 相同奖励为什么仍会产生更新#

假设一个一步任务只有动作甲、乙,两个动作的奖励都为 11。训练器用标量参数 θ\theta 控制甲的概率:p=σ(θ)p=\sigma(\theta),其中 σ\sigma 是 sigmoid 函数;乙的概率为 1−p1-p。当前 p=0.6p=0.6。

把动作 log 概率对参数的梯度称为 score,记作 zz。它不是任务评分;本例的参数只有一个,所以 score 是标量。由于 sigmoid 满足 ∂θp=p(1−p)\partial_\theta p=p(1-p),两个动作的 score 分别为:

z(甲)=∂log⁡p∂θ=1p p(1−p)=1−p=0.4,z(乙)=∂log⁡(1−p)∂θ=−11−p p(1−p)=−p=−0.6.\begin{aligned} z(\text{甲})&=\frac{\partial\log p}{\partial\theta} =\frac1p\,p(1-p)=1-p=0.4,\\ z(\text{乙})&=\frac{\partial\log(1-p)}{\partial\theta} =-\frac1{1-p}\,p(1-p)=-p=-0.6. \end{aligned}

这两个值取决于训练器的参数化 p=σ(θ)p=\sigma(\theta),不由采样概率决定。

若也用训练器策略采样,甲、乙的采样概率就是 pp、1−p1-p,即 0.60.6、0.40.4。按“采样概率 × 奖励 × score”相加,两项恰好相消:

期望更新方向=p×1×∂θlog⁡p+(1−p)×1×∂θlog⁡(1−p)=∂θp+∂θ(1−p)=0.\begin{aligned} \text{期望更新方向} &=p\times1\times\partial_\theta\log p+(1-p)\times1\times\partial_\theta\log(1-p)\\ &=\partial_\theta p+\partial_\theta(1-p)=0. \end{aligned}

但实际数据可能由另一个采样器生成,再由训练器重算概率并反传。量化、数值实现或参数滞后都可能使两个分布不同,这称为 training-inference mismatch(TIM,训推不一致)。[1]

保持训练器及其 score 不变,假设实际采样器以 0.80.8 的概率选择甲、以 0.20.2 的概率选择乙:

动作 实际采样概率 训练器概率 score zz
甲 0.80.8 0.60.6 0.40.4
乙 0.20.2 0.40.4 −0.6-0.6

原期望更新方向是各动作的“采样概率 × 奖励 × score”之和,尚未乘学习率。本例中两个奖励均为 11,得到:

原始期望更新值=0.8×1×0.4+0.2×1×(−0.6)=0.2.\text{原始期望更新值}=0.8\times1\times0.4+0.2\times1\times(-0.6)=0.2.

甲、乙的奖励相同,期望更新却不为零,这就是 SC 要消去的漂移。

2. 减去采样分布下的平均 score#

2.1 相同奖励下,中心化后期望更新为零#

中心化时,先按“采样概率 × score”计算要减去的量:score 中心化修正量=0.8×0.4+0.2×(−0.6)=0.2\text{score 中心化修正量}=0.8\times0.4+0.2\times(-0.6)=0.2。Score Centering(SC,score 中心化)再从每个动作的 score 中减去它:

动作 原 score 减去平均 score 0.20.2 后
甲 0.40.4 0.20.2
乙 −0.6-0.6 −0.8-0.8

修正后的期望方向仍按“采样概率 × 奖励 × score”计算,只将 score 换成中心化后的值: SC 期望更新方向=0.8×1×0.2+0.2×1×(−0.8)=0\text{SC 期望更新方向}=0.8\times1\times0.2+0.2\times1\times(-0.8)=0。

原来的期望更新从 0.20.2 变为 00,且不需要改变采样器的动作概率。这里相等的是期望;有限批次中甲、乙的实际数量仍会波动,单批更新不一定为零。

2.2 奖励不同时,仍保留奖励相关的更新#

保持采样概率、训练器概率和 score 不变,只把甲的奖励改成 22,乙保持 11。原更新的期望是 原始期望更新方向=0.8×2×0.4+0.2×1×(−0.6)=0.52\text{原始期望更新方向}=0.8\times2\times0.4+0.2\times1\times(-0.6)=0.52;中心化后的期望是 SC 期望更新方向=0.8×2×0.2+0.2×1×(−0.8)=0.16\text{SC 期望更新方向}=0.8\times2\times0.2+0.2\times1\times(-0.8)=0.16。

中心化并没有把所有更新都消去。在这个例子中,0.160.16 仍为正,保留了提高较高奖励动作甲概率的方向。

两者相差 0.52−0.16=0.360.52-0.16=0.36。平均奖励为 0.8×2+0.2×1=1.80.8\times2+0.2\times1=1.8,它乘以平均 score,恰好得到 1.8×0.2=0.361.8\times0.2=0.36。因此,原来的 0.520.52 可以分成:(1)平均奖励乘平均 score 的漂移 0.360.36;(2)中心化后保留的更新 0.160.16。

3. 逐前缀的中心化更新与推导#

3.1 从两动作例子推广到 token 分布#

对语言模型,固定一个生成位置,将问题与已生成内容组成的前缀记为 ss,当前 token 记为 aa。实际采样策略记为 μ(a∣s)\mu(a\mid s),训练器策略记为 πθ(a∣s)\pi_\theta(a\mid s),θ\theta 是待更新参数。μ\mu 可以是旧策略,也可以是与训练器数值实现不同的采样器;本次 Actor 反传中将它固定。

动作的 score 为:

z(a,s)=∇θlog⁡πθ(a∣s).z(a,s)=\nabla_\theta\log\pi_\theta(a\mid s).

语言模型有多个参数,所以 z(a,s)z(a,s) 是与参数同维度的向量。两动作例子中的 0.40.4 和 −0.6-0.6,是只有一个参数时的特例。

中心化所需的均值按实际采样策略计算:

zˉμ(s)=Ev∼μ(⋅∣s)[z(v,s)]=∑vμ(v∣s)z(v,s).\bar z_\mu(s)=\mathbb E_{v\sim\mu(\cdot\mid s)}[z(v,s)] =\sum_v\mu(v\mid s)z(v,s).

这里 vv 遍历词表中的候选 token。固定前缀与两个策略后,无论本次采中哪个 aa,减去的平均向量都相同;它对应例子中的 0.20.2。只记录采中动作的 score,通常不能精确计算这个均值。

问题记为 qq,完整回答记为 yy,最终奖励为 R(q,y)R(q,y)。本页只考虑终局评分、没有中间奖励且不做折扣的情形,同一回答的各个 token 共用最终奖励。该位置的单样本上升方向为:

SC 单样本上升方向=R(q,y)[z(a,s)−zˉμ(s)].\text{SC 单样本上升方向}=R(q,y)\big[z(a,s)-\bar z_\mu(s)\big].

SC 改变的是乘奖励之前的 score:先减去采样分布下的平均向量,再用完整回答的奖励加权。Baseline 从奖励中减一个标量;SC 从 score 中减一个向量。 两种操作作用于不同对象。

3.2 原始期望更新的漂移分解#

固定同一前缀 ss,假设词表有限、训练器概率为正且可微,奖励与采样策略在本次反传中固定。为简化书写,下面将 z(a,s)z(a,s) 和 zˉμ(s)\bar z_\mu(s) 简记为 zz、zˉμ\bar z_\mu。

Eμ[⋅∣s]\mathbb E_\mu[\cdot\mid s] 表示从前缀 ss 出发,当前 token 与后续回答都按 μ\mu 生成后取平均。只有 score 出现在括号中时,只需对当前 token 求平均;含有终局奖励时,还要计入后续生成的随机性。固定 ss 时可省略条件。

在训练器自己的分布下,概率之和为 11,所以:

Eπθ[z]=∑aπθ(a)∇θlog⁡πθ(a)=∑a∇θπθ(a)=∇θ1=0.\begin{aligned} \mathbb E_{\pi_\theta}[z] &=\sum_a\pi_\theta(a)\nabla_\theta\log\pi_\theta(a)\\ &=\sum_a\nabla_\theta\pi_\theta(a) =\nabla_\theta 1=0. \end{aligned}

换成 μ\mu 加权后,得到的却是 zˉμ=∑aμ(a)∇θlog⁡πθ(a)\bar z_\mu=\sum_a\mu(a)\nabla_\theta\log\pi_\theta(a)。这些权重不再是 πθ(a)\pi_\theta(a),上面的消去关系不再自动成立。μ≠πθ\mu\ne\pi_\theta 时,zˉμ\bar z_\mu 可能非零。

奖励 R(q,y)R(q,y) 是标量,score z(a,s)z(a,s) 是向量。固定前缀 ss,它们的条件协方差定义为:

Cov⁡μ(R(q,y),z(a,s)∣s)=Eμ[R(q,y)z(a,s)∣s]−Eμ[R(q,y)∣s] Eμ[z(a,s)∣s].\operatorname{Cov}_\mu\big(R(q,y),z(a,s)\mid s\big) =\mathbb E_\mu\big[R(q,y)z(a,s)\mid s\big] -\mathbb E_\mu\big[R(q,y)\mid s\big]\,\mathbb E_\mu\big[z(a,s)\mid s\big].

平均 score 就是 zˉμ(s)=Eμ[z(a,s)∣s]\bar z_\mu(s)=\mathbb E_\mu[z(a,s)\mid s]。移项后,原更新分成两部分:

Eμ[R(q,y)z(a,s)∣s]=Eμ[R(q,y)∣s] zˉμ(s)+Cov⁡μ(R(q,y),z(a,s)∣s).\mathbb E_\mu\big[R(q,y)z(a,s)\mid s\big] =\mathbb E_\mu\big[R(q,y)\mid s\big]\,\bar z_\mu(s) +\operatorname{Cov}_\mu\big(R(q,y),z(a,s)\mid s\big).

(1)漂移项:平均奖励乘平均 score。如果 R(q,y)R(q,y) 恒等于常数 cc,协方差为零,原更新仍可能留下 czˉμ(s)c\bar z_\mu(s)。这就是不依赖动作奖励差异的漂移。[1]

(2)协方差项:保留奖励与 score 共同变化的信息。这个协方差项原本就在更新中,中心化后仍会保留;SC 要去掉的是漂移项。

减去固定的平均向量后,score 的均值为零:

Ea∼μ(⋅∣s)[z(a,s)−zˉμ(s)]=zˉμ(s)−zˉμ(s)=0.\mathbb E_{a\sim\mu(\cdot\mid s)}\big[z(a,s)-\bar z_\mu(s)\big] =\bar z_\mu(s)-\bar z_\mu(s)=0.

再用奖励 R(q,y)R(q,y) 乘中心化后的 score,取条件期望:

Eμ[R(q,y)(z(a,s)−zˉμ(s))∣s]=Eμ[R(q,y)z(a,s)∣s]−Eμ[R(q,y)∣s] zˉμ(s)=Cov⁡μ(R(q,y),z(a,s)∣s).\begin{aligned} \mathbb E_\mu\Big[R(q,y)\big(z(a,s)-\bar z_\mu(s)\big)\mid s\Big] &=\mathbb E_\mu\big[R(q,y)z(a,s)\mid s\big]-\mathbb E_\mu\big[R(q,y)\mid s\big]\,\bar z_\mu(s)\\ &=\operatorname{Cov}_\mu\big(R(q,y),z(a,s)\mid s\big). \end{aligned}

因此,SC 在精确计算均值时消去漂移;奖励恒定时,中心化后的期望更新为零。有限批次的采样更新仍可有波动。

3.3 中心化更新对应的 surrogate loss#

实现时无需为词表中的每个动作分别保存参数梯度向量。把均值写进标量 loss,让自动微分完成求和即可。

用 sg⁡\operatorname{sg} 表示停止梯度,即保留数值但不沿该路径求导,单个 token 的 loss 可以写为:

LSC=−sg⁡(R(q,y))[log⁡πθ(a∣s)−∑vsg⁡(μ(v∣s))log⁡πθ(v∣s)].L_{\mathrm{SC}} =-\operatorname{sg}(R(q,y))\left[ \log\pi_\theta(a\mid s) -\sum_v\operatorname{sg}(\mu(v\mid s))\log\pi_\theta(v\mid s) \right].

括号内第二项对训练器求导,恰好得到 zˉμ(s)\bar z_\mu(s),所以 −∇θLSC=R(q,y)[z(a,s)−zˉμ(s)]-\nabla_\theta L_{\mathrm{SC}}=R(q,y)[z(a,s)-\bar z_\mu(s)]。减号来自我们最小化 loss,而前面写的是上升更新方向。

这里固定的是采样器概率和奖励;训练器的 log 概率保留梯度。

对完整回答 y=(a1,…,aT)y=(a_1,\ldots,a_T),TT 为生成 token 数,第 tt 个前缀为 st=(q,a<t)s_t=(q,a_{<t})。在各位置构造上述 token 项后,再按所用方法的 Loss 平均 规则聚合。

4. 中心化与采样校正的数值比较#

沿用甲、乙的奖励和 score,改按训练器的动作概率取平均,得到期望策略梯度 Eπθ[R(q,y)z]=0.6×2×0.4+0.4×1×(−0.6)=0.24\mathbb E_{\pi_\theta}[R(q,y)z]=0.6\times2\times0.4+0.4\times1\times(-0.6)=0.24,与 SC 的 0.160.16 不同。

更新方式 在本例中的期望更新 做了什么
原更新 R(q,y)zR(q,y)z,按 μ\mu 采样 0.520.52 包含 0.360.36 的漂移
SC 更新 R(q,y)(z−zˉμ)R(q,y)(z-\bar z_\mu),按 μ\mu 采样 0.160.16 去掉漂移,保留 μ\mu 下的协方差
直接按 πθ\pi_\theta 采样 R(q,y)zR(q,y)z 0.240.24 训练器分布下的策略梯度
精确 importance ratio 加权 0.240.24 用 μ\mu 样本恢复同一个训练器期望

本例的两个 ratio 是 r(甲)=0.6/0.8=0.75r(\text{甲})=0.6/0.8=0.75 与 r(乙)=0.4/0.2=2r(\text{乙})=0.4/0.2=2。精确重加权得到 重要性重加权的期望更新方向=0.8×0.75×2×0.4+0.2×2×1×(−0.6)=0.24\text{重要性重加权的期望更新方向}=0.8\times0.75\times2\times0.4+0.2\times2\times1\times(-0.6)=0.24。

所以,消去漂移,不等于把整个采样分布校正成训练器分布。

5. 采样校正与分布近似的局限性#

5.1 Importance ratio 与 SC 的作用区别#

Importance Ratio 在支持集覆盖等条件下,把固定前缀的动作期望从 μ\mu 换到 πθ\pi_\theta。精确使用 r(a)=πθ(a∣s)/μ(a∣s)r(a)=\pi_\theta(a\mid s)/\mu(a\mid s) 时,Eμ[rz]=Eπθ[z]=0\mathbb E_\mu[r z]=\mathbb E_{\pi_\theta}[z]=0,这部分漂移为零。

困难在有限样本:极端 ratio 可能造成很大的估计波动。对权重截断或屏蔽后,又不再是原来的精确换分布恒等式。

若 w(a)w(a) 是本次固定的截断或屏蔽权重,SC 应中心化的是加权 score,更新为 R(q,y)[w(a)z(a)−Eμ[wz]]R(q,y)[w(a)z(a)-\mathbb E_\mu[wz]],而不是简单把 ww 乘到原来的中心化结果上。取精确 w=rw=r 时,附加中心化项为零。[1]

上述结论始终针对固定前缀。完整轨迹的采样分布、后续奖励分布以及算法自身的裁剪近似,仍需分别处理。

5.2 组内奖励中心化不能替代逐前缀修正#

GRPO 让同一题各条回答的优势和为零;这些回答可能包含不同前缀。在给定的已采样前缀下,后续优势的条件均值仍可能为正或为负。

因此,题目级的 ∑iA^i=0\sum_i\hat A_i=0,不能推出每个前缀的 Eμ[A^∣s]zˉμ(s)=0\mathbb E_\mu[\hat A\mid s]\bar z_\mu(s)=0。组内奖励中心化与逐前缀 score 中心化,处理的对象不同。[1]

5.3 精确均值与实际近似#

SC 需要当前前缀下的采样器概率分布,只保存实际采中 token 的一个 log 概率,通常不够。

实用方案会记录采样器概率最大的若干 token,再按训练器分布的形状补齐剩余概率质量。这是对完整采样分布的近似,并非舍弃尾部概率质量;记录 top-kk 概率,也不等于采用 top-kk 截断采样。[1]

精确消去漂移的推导使用真实 zˉμ\bar z_\mu。使用近似均值后,期望更新中可能仍有漂移残差,因此需要检验记录的采样器分布能否准确估计平均 score。

参考资料#

  1. Score Centering Stabilizes Off-policy Reinforcement Learning(2026,v1). §3–4、附录 A:漂移分解、精确 baseline 关系、loss 与近似。
  2. Palind:关于 Score Centering 的五种解释(2026). 原文:本文选题与多视角整理的阅读来源;具体方法核对原论文,算例另行构造。
  3. Bellman Policy Optimization(2026). §3.1–3.2:从 PMD 到 critic-free 目标,以及全词表 KL 到二元 KL 的近似。
  4. Estimating or Propagating Gradients Through Stochastic Neurons for Conditional Computation(2013). 原文:STE 的一般思想;本文针对 SC 的构造另作代数核对。

补充推导与比较#

以下从四个角度分析 SC:(1)BPO;(2)精确 value baseline;(3)直通估计器;(4)局部分布族。各推导依赖各自的条件,不能据此将完整训练算法视为无条件等价。多视角分析的选题来自 Palind 的整理。[2]

BPO:策略优化目标与 SC 的对应

Bellman Policy Optimization(BPO,贝尔曼策略优化)从另一个问题出发:能否保留策略镜像下降的更新,又不为每个中间前缀训练 Critic? 推导分为三步:(1)求出理想的新策略;(2)用整条回答的概率改写该策略;(3)对目标作近似。[3]

先求理想的新策略。 当前动作选为 aa、之后按 μ\mu 继续生成的平均奖励是 Qμ(s,a)=Eμ[R(q,y)∣s,a]Q^\mu(s,a)=\mathbb E_\mu[R(q,y)\mid s,a]。状态价值是 Vμ(s)=∑aμ(a∣s)Qμ(s,a)V^\mu(s)=\sum_a\mu(a\mid s)Q^\mu(s,a),优势为 Aμ(s,a)=Qμ(s,a)−Vμ(s)A^\mu(s,a)=Q^\mu(s,a)-V^\mu(s),因此 Eμ[Aμ∣s]=0\mathbb E_\mu[A^\mu\mid s]=0。

Policy Mirror Descent(PMD,策略镜像下降)希望提高新策略的平均优势,同时限制它偏离采样策略。令 η>0\eta>0 控制更新强度,在每个状态求解:

PMD 最优目标值=max⁡π(⋅∣s){∑aπ(a∣s)Aμ(s,a)−1ηDKL(π(⋅∣s)∥μ(⋅∣s))},∑aπ(a∣s)=1.\text{PMD 最优目标值}=\max_{\pi(\cdot\mid s)}\left\{ \sum_a\pi(a\mid s)A^\mu(s,a) -\frac1\eta D_{\mathrm{KL}}\big(\pi(\cdot\mid s)\Vert\mu(\cdot\mid s)\big) \right\},\qquad \sum_a\pi(a\mid s)=1.

固定 ss,用拉格朗日乘子 λ\lambda 处理概率和约束。对每个 π(a)\pi(a) 求导,得到 Aμ(a)−η−1[log⁡(π(a)/μ(a))+1]+λ=0A^\mu(a)-\eta^{-1}[\log(\pi(a)/\mu(a))+1]+\lambda=0。把与动作无关的常数并入归一化因子 Zμ(s)Z_\mu(s),该问题的最优策略记为 π⋆\pi^\star:

π⋆(a∣s)=μ(a∣s)eηAμ(s,a)Zμ(s),Zμ(s)=∑vμ(v∣s)eηAμ(s,v).\pi^\star(a\mid s)=\frac{\mu(a\mid s)e^{\eta A^\mu(s,a)}}{Z_\mu(s)},\qquad Z_\mu(s)=\sum_v\mu(v\mid s)e^{\eta A^\mu(s,v)}.

也就是在原概率上乘一个优势决定的倍数,再归一化:高优势动作的倍数更大。困难仍在于,每个前缀都需要 Aμ(s,a)A^\mu(s,a)。

再把中间优势换成终局奖励。 对上式取 log,得 log⁡(π⋆/μ)=ηAμ−log⁡Zμ\log(\pi^\star/\mu)=\eta A^\mu-\log Z_\mu。按 μ\mu 对动作求平均,左侧是 −DKL(μ∥π⋆)-D_{\mathrm{KL}}(\mu\Vert\pi^\star),优势均值为零,于是 log⁡Zμ=DKL(μ∥π⋆)\log Z_\mu=D_{\mathrm{KL}}(\mu\Vert\pi^\star)。代回可得:

ηAμ(s,a)=log⁡π⋆(a∣s)μ(a∣s)+DKL(μ(⋅∣s)∥π⋆(⋅∣s)).\eta A^\mu(s,a) =\log\frac{\pi^\star(a\mid s)}{\mu(a\mid s)} +D_{\mathrm{KL}}\big(\mu(\cdot\mid s)\Vert\pi^\star(\cdot\mid s)\big).

注意两个 KL 的方向不同:PMD 目标里是新策略相对 μ\mu;这里是对最优策略关系取 μ\mu 期望后出现的反方向 KL。

沿用本页的终局奖励设定,考虑一条完整终止的自回归回答。生成 token 后只是把它接到前缀上,因此 Qμ(st,at)=Vμ(st+1)Q^\mu(s_t,a_t)=V^\mu(s_{t+1})。初始前缀只有问题,其价值简写为 Vμ(q)V^\mu(q);约定终止状态的价值就是已得到的 R(q,y)R(q,y)。相邻价值相减后沿轨迹相消:

∑t=1TAμ(st,at)=∑t=1T[Vμ(st+1)−Vμ(st)]=R(q,y)−Vμ(q).\begin{aligned} \sum_{t=1}^{T}A^\mu(s_t,a_t) &=\sum_{t=1}^{T}\big[V^\mu(s_{t+1})-V^\mu(s_t)\big]\\ &=R(q,y)-V^\mu(q). \end{aligned}

把上一条最优策略关系也沿轨迹求和,便能用终局奖励减问题价值,替代所有中间优势。对待训练策略 πθ\pi_\theta,将上述等式两侧的差定义为轨迹残差:

dθ(q,y)=η[R(q,y)−Vμ(q)]−∑t=1T[log⁡πθ(at∣st)μ(at∣st)+DKL(μ(⋅∣st)∥πθ(⋅∣st))].d_\theta(q,y)=\eta\big[R(q,y)-V^\mu(q)\big] -\sum_{t=1}^{T}\left[ \log\frac{\pi_\theta(a_t\mid s_t)}{\mu(a_t\mid s_t)} +D_{\mathrm{KL}}\big(\mu(\cdot\mid s_t)\Vert\pi_\theta(\cdot\mid s_t)\big) \right].

理想策略 π⋆\pi^\star 让每条轨迹的残差都为零,因此可以最小化 LBPO,exact=Ey∼μ(⋅∣q)[dθ(q,y)2/(2η)]L_{\mathrm{BPO,exact}}=\mathbb E_{y\sim\mu(\cdot\mid q)}[d_\theta(q,y)^2/(2\eta)],其中 y∼μ(⋅∣q)y\sim\mu(\cdot\mid q) 表示从问题 qq 出发,逐 token 按 μ\mu 生成整条回答。这个目标只需要终局奖励和初始问题价值,不再显式需要中间前缀的 Critic。

在有界、完整终止且支持集相容的策略空间中,这个平方目标与原 PMD 有相同的最优完成分布;这是目标最优解的关系,不代表有限神经网络训练一定能达到它。[3]

全词表 KL 的梯度与中心化 score。 固定 μ\mu,全词表 KL 的导数为:

∇θDKL(μ∥πθ)=−∑vμ(v∣s)∇θlog⁡πθ(v∣s)=−zˉμ(s).\nabla_\theta D_{\mathrm{KL}}(\mu\Vert\pi_\theta) =-\sum_v\mu(v\mid s)\nabla_\theta\log\pi_\theta(v\mid s) =-\bar z_\mu(s).

因此,残差里每个 token 的 log⁡πθ+KL\log\pi_\theta+\mathrm{KL} 对参数的导数,正好是 z−zˉμz-\bar z_\mu。对单条回答的平方残差求导,得到精确的上升方向:

−∇θdθ22η=dθη∑t=1T[z(at,st)−zˉμ(st)].-\nabla_\theta\frac{d_\theta^2}{2\eta} =\frac{d_\theta}{\eta}\sum_{t=1}^{T}\big[z(a_t,s_t)-\bar z_\mu(s_t)\big].

它已经包含中心化 score,但每条回答的权重还是随参数变化的 dθ/ηd_\theta/\eta。BPO 接着在策略空间的 π=μ\pi=\mu 处,对平方残差作一阶近似。此处 log-ratio 和 KL 都为零,把该参照策略处的残差记为 dμ=η[R(q,y)−Vμ(q)]d_\mu=\eta[R(q,y)-V^\mu(q)];它与待训练策略处的 dθd_\theta 区分。展开平方项:

单回答平方残差损失=dθ22η=dμ22η+dμη(dθ−dμ)+(dθ−dμ)22η.\text{单回答平方残差损失}=\frac{d_\theta^2}{2\eta} =\frac{d_\mu^2}{2\eta}+\frac{d_\mu}{\eta}(d_\theta-d_\mu) +\frac{(d_\theta-d_\mu)^2}{2\eta}.

舍去最后的二次项,相当于把梯度中的 dθ/ηd_\theta/\eta 固定为 R(q,y)−Vμ(q)R(q,y)-V^\mu(q)。再用组内奖励均值估计问题价值,并按奖励标准差缩放。记同题第 ii 条完整回答为 yiy_i,奖励为 Ri=R(q,yi)R_i=R(q,y_i),得到回答权重 A^i=(Ri−mean⁡jRj)/std⁡jRj\hat A_i=(R_i-\operatorname{mean}_j R_j)/\operatorname{std}_j R_j,其中 jj 遍历同组回答;这里讨论标准差非零的组。A^i\hat A_i 在本次 Actor 反传中固定。这些采样估计与归一化是额外步骤,不是前面精确恒等式的一部分。

到这一步,保留全词表 KL 的单 token surrogate loss 为:

LBPO,full=−sg⁡(A^i)[log⁡πθ(at∣st)+DKL(μ(⋅∣st)∥πθ(⋅∣st))].L_{\mathrm{BPO,full}}=-\operatorname{sg}(\hat A_i) \left[\log\pi_\theta(a_t\mid s_t)+D_{\mathrm{KL}}\big(\mu(\cdot\mid s_t)\Vert\pi_\theta(\cdot\mid s_t)\big)\right].

这里 sg⁡\operatorname{sg} 是 stop-gradient(停止梯度):保留前向数值,反传时将它当作常数。因此,−∇θLBPO,full=A^i[z(at,st)−zˉμ(st)]-\nabla_\theta L_{\mathrm{BPO,full}}=\hat A_i[z(a_t,s_t)-\bar z_\mu(s_t)]。

BPO 与 SC 的联系来自全词表 KL 的导数:该导数为平均 score 的负值。 使用相同采样策略和固定权重时,两者的 token 梯度一致。BPO 实用版还会把全词表 KL 换成二元近似,随后平滑、屏蔽和限制权重;这些步骤会改变更新,完整 SC 与二元近似需要分别分析。

SC 与精确价值 baseline 的期望更新对应

减去 baseline 后期望梯度不变的证明包含两步:(1)利用 baseline 与动作无关,将它提出期望;(2)利用 score 均值为零,使 baseline 对应的项为零。 对一个仅依赖前缀、更新时固定的标量 b(s)b(s),有:

Ea∼μ(⋅∣s)[b(s)z(a,s)]=b(s) Ea∼μ(⋅∣s)[z(a,s)]=b(s)zˉμ(s).\mathbb E_{a\sim\mu(\cdot\mid s)}\big[b(s)z(a,s)\big] =b(s)\,\mathbb E_{a\sim\mu(\cdot\mid s)}[z(a,s)] =b(s)\bar z_\mu(s).

Baseline 页按 πθ\pi_\theta 采样,也对 πθ\pi_\theta 求 score,所以平均 score 为零。这里按 μ\mu 采样,score 却来自 πθ\pi_\theta,zˉμ(s)\bar z_\mu(s) 可能非零。因此,即使 b(s)b(s) 与动作无关,减去它仍可能改变原更新的期望。[1]

需要比较两种期望更新:(1)从奖励中减去采样器的精确状态价值;(2)从 score 中减去采样器分布下的均值。该比较说明何时可以用后一种方式替代显式的价值估计。

采样策略在当前前缀下的真实价值是 Vμ(s)=Eμ[R(q,y)∣s]V^\mu(s)=\mathbb E_\mu[R(q,y)\mid s]。如果能准确知道它,减去这个 baseline,便有:

Eμ[(R(q,y)−Vμ(s))z(a,s)∣s]=Eμ[R(q,y)z(a,s)∣s]−Vμ(s)zˉμ(s)=Eμ[R(q,y)z(a,s)∣s]−Eμ[R(q,y)∣s]zˉμ(s)=Eμ[R(q,y)(z(a,s)−zˉμ(s))∣s].\begin{aligned} \mathbb E_\mu\big[(R(q,y)-V^\mu(s))z(a,s)\mid s\big] &=\mathbb E_\mu\big[R(q,y)z(a,s)\mid s\big]-V^\mu(s)\bar z_\mu(s)\\ &=\mathbb E_\mu\big[R(q,y)z(a,s)\mid s\big]-\mathbb E_\mu\big[R(q,y)\mid s\big]\bar z_\mu(s)\\ &=\mathbb E_\mu\Big[R(q,y)\big(z(a,s)-\bar z_\mu(s)\big)\mid s\Big]. \end{aligned}

减精确的采样器 value,与减采样器的平均 score,得到相同的期望更新。 前者需要知道后续奖励的期望,后者需要当前前缀下的采样器动作分布。它们每个样本的梯度及方差可以不同。[1]

这里“精确”指的是奖励期望算得准确,不意味着它是梯度方差最小的 baseline;后一个问题仍由 Baseline 页的加权最优值回答。

展开 baseline 后,需要减去 Vμ(s)zˉμ(s)V^\mu(s)\bar z_\mu(s)。从每条样本的 score 中减去 zˉμ(s)\bar z_\mu(s),再乘奖励并求期望,同样会减去 Eμ[R(q,y)∣s]zˉμ(s)\mathbb E_\mu[R(q,y)\mid s]\bar z_\mu(s)。奖励的条件期望就是 Vμ(s)V^\mu(s),因此无需单独估计 value。

这里也能看出与 on-policy Baseline 的区别:当 μ≠πθ\mu\ne\pi_\theta 时,减 baseline 一般会改变原更新的均值。SC 正是在主动去掉其中的漂移,并非只做方差约减。

中心化之后,因为 Eμ[z−zˉμ(s)∣s]=0\mathbb E_\mu[z-\bar z_\mu(s)\mid s]=0,减去任意更新时固定、与当前动作无关的 b(s)b(s),也不会改变期望更新。这恢复了 baseline 不改变期望更新的性质;自包含的有限组均值是否满足动作独立条件,仍需另行判断。

STE:采样器前向值与训练器反向路径

训练器的梯度可通过自动微分计算;采样器则可能经过量化或其他不可直接反传的计算。Straight-Through Estimator(STE,直通估计器)的思路是:前向使用一种数值,反向指定另一条可计算的梯度路径。 该构造可以得到 SC 的中心化 score。[4]

把训练器输出的 logits 向量记为 uθu_\theta,于是 πθ=softmax⁡(uθ)\pi_\theta=\operatorname{softmax}(u_\theta)。用 eae_a 表示动作 aa 的 one-hot 向量,即第 aa 项为 11、其余为 00。logits 对参数的导数直接写作 ∂uθ/∂θ\partial u_\theta/\partial\theta。对第 vv 个 logit 求导:

∂log⁡πθ(a)∂uθ(v)=∂∂uθ(v)[uθ(a)−log⁡∑beuθ(b)]=1{v=a}−πθ(v).\frac{\partial\log\pi_\theta(a)}{\partial u_\theta(v)} =\frac{\partial}{\partial u_\theta(v)}\left[u_\theta(a)-\log\sum_b e^{u_\theta(b)}\right] =\mathbf1\{v=a\}-\pi_\theta(v).

所以普通 score 是 z(a)=(∂uθ∂θ) ⁣⊤(ea−πθ)z(a)=\left(\frac{\partial u_\theta}{\partial\theta}\right)^{\!\top}(e_a-\pi_\theta)。按 μ\mu 求平均,one-hot 向量的均值就是 μ\mu,得到 zˉμ=(∂uθ∂θ) ⁣⊤(μ−πθ)\bar z_\mu=\left(\frac{\partial u_\theta}{\partial\theta}\right)^{\!\top}(\mu-\pi_\theta)。相减后:

z(a)−zˉμ=(∂uθ∂θ) ⁣⊤[(ea−πθ)−(μ−πθ)]=(∂uθ∂θ) ⁣⊤(ea−μ).z(a)-\bar z_\mu=\left(\frac{\partial u_\theta}{\partial\theta}\right)^{\!\top}\big[(e_a-\pi_\theta)-(\mu-\pi_\theta)\big] =\left(\frac{\partial u_\theta}{\partial\theta}\right)^{\!\top}(e_a-\mu).

这给出如下梯度解释:log 概率梯度中,原来减的是训练器概率,现在减的是实际采样器概率;从 logits 到参数的传递仍沿训练器进行。

假设采样器每个动作的概率都为正,取固定 logits uμu_\mu,其每个分量为 uμ(v)=log⁡μ(v)u_\mu(v)=\log\mu(v),因此 softmax⁡(uμ)=μ\operatorname{softmax}(u_\mu)=\mu。构造新的 logits:

uθSTE=uθ+sg⁡(uμ−uθ).u_\theta^{\mathrm{STE}}=u_\theta+\operatorname{sg}(u_\mu-u_\theta).

前向计算中,两个 uθu_\theta 抵消,结果是 uμu_\mu;反向计算中,停止梯度的括号不贡献导数,只留下 ∂uθ/∂θ\partial u_\theta/\partial\theta。

计算方向 使用的量 得到什么
前向 uθ+(uμ−uθ)u_\theta+(u_\mu-u_\theta) logits 为 uμu_\mu,概率为 μ\mu
反向 只经过括号外的 uθu_\theta logits 对参数的导数为 ∂uθ/∂θ\partial u_\theta/\partial\theta

接着对 log-softmax 反传,它在前向概率 μ\mu 处的导数是 ea−μe_a-\mu。于是按这条计算图得到:

∇θSTElog⁡softmax⁡(uθSTE)a=(∂uθ∂θ) ⁣⊤(ea−μ)=z(a)−zˉμ.\nabla_\theta^{\mathrm{STE}}\log\operatorname{softmax}(u_\theta^{\mathrm{STE}})_a =\left(\frac{\partial u_\theta}{\partial\theta}\right)^{\!\top}(e_a-\mu)=z(a)-\bar z_\mu.

乘上固定奖励 R(q,y)R(q,y),就得到 SC 的逐样本方向。上标 STE 强调这是指定反传规则后的梯度:若直接把前向结果写成固定函数 log⁡μ(a)\log\mu(a),再普通求导,结果应该是零。它也没有对实际量化或陈旧采样器进行精确求导。

还要区分“当前差值”和“固定旧差值”。 上面的差值 uμ−uθu_\mu-u_\theta 每次随当前参数重算,因此每次反传都得到当前的 SC。另一种做法是在更新起点 θ0\theta_0 只算一次偏移 uμ−uθ0u_\mu-u_{\theta_0},随后固定它:

πθlocal=softmax⁡(uθ+uμ−uθ0).\pi_\theta^{\mathrm{local}}=\operatorname{softmax}\big(u_\theta+u_\mu-u_{\theta_0}\big).

起点有 πθ0local=μ\pi_{\theta_0}^{\mathrm{local}}=\mu,普通求导便得到 (∂uθ∂θ)θ=θ0 ⁣⊤(ea−μ)\left(\frac{\partial u_\theta}{\partial\theta}\right)_{\theta=\theta_0}^{\!\top}(e_a-\mu)。离开起点后,概率会变成 πθlocal\pi_\theta^{\mathrm{local}},导数也变成 (∂uθ∂θ) ⁣⊤(ea−πθlocal)\left(\frac{\partial u_\theta}{\partial\theta}\right)^{\!\top}(e_a-\pi_\theta^{\mathrm{local}}),不再始终等于按固定 μ\mu 中心化的 score。

局部分布族在更新起点的梯度

STE 指定了一条反传规则。现在进一步问:不改反传规则,能否构造一个满足归一化约束的概率分布,让它在起点的 score 就是 SC?

记更新起点为 θ0\theta_0,当前参数为 θ\theta,并固定采样分布 μ\mu。训练器相对起点的概率变化倍数是 πθ(a)/πθ0(a)\pi_\theta(a)/\pi_{\theta_0}(a)。把这个倍数施加到原采样概率上,再归一化,定义局部策略:

πθlocal(a)=μ(a) πθ(a)/πθ0(a)∑vμ(v) πθ(v)/πθ0(v).\pi_\theta^{\mathrm{local}}(a)= \frac{\mu(a)\,\pi_\theta(a)/\pi_{\theta_0}(a)} {\sum_v\mu(v)\,\pi_\theta(v)/\pi_{\theta_0}(v)}.

每个 θ\theta 对应一个合法分布,这一组分布就是“分布族”。在更新起点 θ=θ0\theta=\theta_0,所有倍数都为 11,因此 πθ0local=μ\pi_{\theta_0}^{\mathrm{local}}=\mu。局部策略在起点等于采样策略;离开起点后,其动作概率由固定的 μ\mu 乘以训练器相对起点的概率比,再归一化得到。

先计算分母的 log 导数。起点处分母为 11,采样器概率与旧训练器概率固定,只有当前训练器概率变化,因此:

∇θlog⁡∑vμ(v)πθ(v)πθ0(v)∣θ=θ0=∑vμ(v)πθ0(v)∇θπθ(v)∣θ=θ0=∑vμ(v)z(v)∣θ=θ0=zˉμ∣θ=θ0.\begin{aligned} \left.\nabla_\theta\log\sum_v\mu(v)\frac{\pi_\theta(v)}{\pi_{\theta_0}(v)}\right|_{\theta=\theta_0} &=\sum_v\frac{\mu(v)}{\pi_{\theta_0}(v)}\left.\nabla_\theta\pi_\theta(v)\right|_{\theta=\theta_0}\\ &=\left.\sum_v\mu(v)z(v)\right|_{\theta=\theta_0} =\left.\bar z_\mu\right|_{\theta=\theta_0}. \end{aligned}

再对局部策略的 log 求导。分子的 log⁡μ(a)\log\mu(a) 和 log⁡πθ0(a)\log\pi_{\theta_0}(a) 固定,log⁡πθ(a)\log\pi_\theta(a) 的导数是 z(a)z(a);减去上面算出的分母 log 导数,得到:

∇θlog⁡πθlocal(a)∣θ=θ0=[z(a)−zˉμ]∣θ=θ0.\left.\nabla_\theta\log\pi_\theta^{\mathrm{local}}(a)\right|_{\theta=\theta_0} =\left.\big[z(a)-\bar z_\mu\big]\right|_{\theta=\theta_0}.

平均 score 在这里来自归一化因子的导数。 局部策略先对采样器概率乘以训练器概率比,再归一化。归一化因子的 log 导数正是需要减去的平均 score。

有了合法分布,还可以定义普通的局部奖励目标。动作价值 Qμ(s,a)=Eμ[R(q,y)∣s,a]Q^\mu(s,a)=\mathbb E_\mu[R(q,y)\mid s,a] 表示选定当前动作后、按 μ\mu 继续生成的平均奖励。固定这个动作价值,只改变当前动作分布:

Jlocal(θ)=∑aπθlocal(a∣s)Qμ(s,a).J_{\mathrm{local}}(\theta)=\sum_a\pi_\theta^{\mathrm{local}}(a\mid s)Q^\mu(s,a).

这里 JlocalJ_{\mathrm{local}} 是要最大化的平均奖励;前面各个 LL 是要最小化的 loss。它在起点的梯度为:

∇θJlocal(θ)∣θ=θ0=∑aμ(a)Qμ(s,a)∇θlog⁡πθlocal(a∣s)∣θ=θ0=Ea∼μ[Qμ(s,a)(z(a,s)−zˉμ(s))]∣θ=θ0=Eμ[R(q,y)(z(a,s)−zˉμ(s))∣s]∣θ=θ0.\begin{aligned} \left.\nabla_\theta J_{\mathrm{local}}(\theta)\right|_{\theta=\theta_0} &=\left.\sum_a\mu(a)Q^\mu(s,a)\nabla_\theta\log\pi_\theta^{\mathrm{local}}(a\mid s)\right|_{\theta=\theta_0}\\ &=\left.\mathbb E_{a\sim\mu}\Big[Q^\mu(s,a)\big(z(a,s)-\bar z_\mu(s)\big)\Big]\right|_{\theta=\theta_0}\\ &=\left.\mathbb E_\mu\Big[R(q,y)\big(z(a,s)-\bar z_\mu(s)\big)\mid s\Big]\right|_{\theta=\theta_0}. \end{aligned}

最后一步先对给定动作的后续奖励求期望,用到了 Qμ(s,a)=Eμ[R(q,y)∣s,a]Q^\mu(s,a)=\mathbb E_\mu[R(q,y)\mid s,a]。这说明 SC 确实可以是这个构造目标在起点的真实梯度,不需要 STE。

局部分布族与固定 logits 偏移构造得到同一分布。代入 softmax 后,概率比里与动作无关的常数被归一化消去,得到 πθlocal=softmax⁡(uθ+uμ−uθ0)\pi_\theta^{\mathrm{local}}=\operatorname{softmax}(u_\theta+u_\mu-u_{\theta_0})。两种构造因此得到同一个局部策略。

离开起点后,πθlocal\pi_\theta^{\mathrm{local}} 会变化,完整目标梯度应按它加权;归一化导数也改为这个局部策略下的平均 score。固定 μ\mu 的 SC 仍按 μ\mu 加权并中心化,所以这里只得到起点的一致性,不能把整个 SC 训练直接称为这个局部目标的精确优化。

四种解释的同例验证

漂移分解已经算出 0.52−0.36=0.160.52-0.36=0.16。另外四条推导也能在这一个例子中直接核对。

  1. BPO 的全词表 surrogate。 为了只检查中心化这一步,本例先用精确的问题价值,不估计或除以标准差。一步任务中,Vμ(q)=1.8V^\mu(q)=1.8,两个回答的固定优势分别是 0.20.2 和 −0.8-0.8。它们乘上中心化 score,得到的期望方向为 BPO surrogate 的期望上升方向=0.8×0.2×0.2+0.2×(−0.8)×(−0.8)=0.16\text{BPO surrogate 的期望上升方向}=0.8\times0.2\times0.2+0.2\times(-0.8)\times(-0.8)=0.16。这里核对的是近似后的 surrogate,不是完整平方残差目标。

  2. 精确 value baseline。 从奖励减去 1.81.8,再乘原 score,得到 value baseline 的期望更新方向=0.8×0.2×0.4+0.2×(−0.8)×(−0.6)=0.16\text{value baseline 的期望更新方向}=0.8\times0.2\times0.4+0.2\times(-0.8)\times(-0.6)=0.16。虽然期望相同,单条样本的方向不同:SC 的两个方向是 0.40.4、−0.8-0.8,value baseline 的两个方向却是 0.080.08、0.480.48。

  3. STE。 取训练器 logits 为 uθ=(θ,0)u_\theta=(\theta,0),采样器 logits 可取 uμ=(log⁡4,0)u_\mu=(\log4,0)。前向替换后,第一动作的概率是 4/(4+1)=0.84/(4+1)=0.8;反向只经过训练器的第一个 logit,两个 log 概率的导数便是 1−0.8=0.21-0.8=0.2 和 −0.8-0.8。它们正好是表中的中心化 score,乘奖励后仍得到 0.160.16。

  4. 局部分布族。 对本例的 Bernoulli 策略,参数从 θ0\theta_0 变到 θ\theta,会把概率比 p/(1−p)p/(1-p) 乘上 eθ−θ0e^{\theta-\theta_0}。施加到采样器后,局部策略满足 πθlocal(甲)/πθlocal(乙)=4eθ−θ0\pi_\theta^{\mathrm{local}}(\text{甲})/\pi_\theta^{\mathrm{local}}(\text{乙})=4e^{\theta-\theta_0},所以 πθlocal(甲)=σ(log⁡4+θ−θ0)\pi_\theta^{\mathrm{local}}(\text{甲})=\sigma(\log4+\theta-\theta_0)。它的平均奖励是 Jlocal(θ)=1+πθlocal(甲)J_{\mathrm{local}}(\theta)=1+\pi_\theta^{\mathrm{local}}(\text{甲}),在起点的导数便是 Jlocal′(θ0)=0.8×0.2=0.16J'_{\mathrm{local}}(\theta_0)=0.8\times0.2=0.16。

五条路线在这个例子中都得到 0.160.16,但含义不同:漂移和 baseline 比较期望更新,BPO 比较近似后的梯度,STE 比较计算图的反传方向,局部分布族比较起点处的真实目标梯度。

BPO 二元 KL 近似与完整 SC 的差异

完整 KL 要用词表中所有动作的概率。BPO 实用版把动作分成“采中的 aa”和“其余动作”,只保留这两个概率。记 μa=μ(a∣s)\mu_a=\mu(a\mid s)、πa=πθ(a∣s)\pi_a=\pi_\theta(a\mid s),对应的二元 KL 是:

DKLbin(μ∥πθ;a)=μalog⁡μaπa+(1−μa)log⁡1−μa1−πa.D_{\mathrm{KL}}^{\mathrm{bin}}(\mu\Vert\pi_\theta;a) =\mu_a\log\frac{\mu_a}{\pi_a}+(1-\mu_a)\log\frac{1-\mu_a}{1-\pi_a}.

对 log⁡πa+DKLbin\log\pi_a+D_{\mathrm{KL}}^{\mathrm{bin}} 先按标量 πa\pi_a 求导,再乘 ∇θπa=πaz(a)\nabla_\theta\pi_a=\pi_a z(a),可得:

∇θ[log⁡πa+DKLbin]=[1πa−μaπa+1−μa1−πa]πaz(a)=1−μa1−πaz(a).\begin{aligned} \nabla_\theta\big[\log\pi_a+D_{\mathrm{KL}}^{\mathrm{bin}}\big] &=\left[\frac1{\pi_a}-\frac{\mu_a}{\pi_a}+\frac{1-\mu_a}{1-\pi_a}\right]\pi_a z(a)\\ &=\frac{1-\mu_a}{1-\pi_a}z(a). \end{aligned}

因此,二元近似给出的是 A^i1−μa1−πaz(a)\hat A_i\frac{1-\mu_a}{1-\pi_a}z(a):它对原 score 乘一个标量;完整 SC 则减去一个向量。词表只有两个动作时,两者相同;多于两个动作时,一般不相同。BPO 还会平滑这个比值、按优势方向屏蔽部分更新,并限制其上限。[3]

用一个独立的三动作例子就能看出差异。令 logits 独立可训练,πθ=(0.2,0.3,0.5)\pi_\theta=(0.2,0.3,0.5)、μ=(0.5,0.2,0.3)\mu=(0.5,0.2,0.3),采中第一个动作,固定权重为 0.40.4。完整 SC 给出 完整 SC 的单样本方向=0.4(e1−μ)=(0.2,−0.08,−0.12)\text{完整 SC 的单样本方向}=0.4(e_1-\mu)=(0.2,-0.08,-0.12);二元近似给出 二元近似的单样本方向=0.4×0.50.8(e1−πθ)=(0.2,−0.075,−0.125)\text{二元近似的单样本方向}=0.4\times\frac{0.5}{0.8}(e_1-\pi_\theta)=(0.2,-0.075,-0.125)。采中动作的分量相同,对其余动作怎样分配变化却不同。

五种解释的对应关系与限制

五条推导围绕同一个中心化向量,比较的对象却不同:

视角 回答的问题 需要区分的范围
漂移分解 为什么常数奖励也会推动参数 固定前缀下,精确减去平均 score
BPO 策略镜像下降为何出现同一中心化向量 线性化后的全词表 surrogate,与 SC 使用相同固定权重时梯度一致
理想 baseline 不知道精确 value,还能得到相同期望更新吗 与 Vμ(s)V^\mu(s) baseline 在期望上等价,不保证逐样本相同
STE 能否让前向用采样器概率,反向沿训练器传导 当前差值构造逐样本得到 SC;固定旧差值只在起点得到 SC
局部分布族 这个方向能否对应一个明确的局部目标 对构造分布在更新起点求导;不推出整个训练过程全局等价

这些联系解释了同一个修正为何会反复出现,也说明了为什么不能直接把五种说法当成五个全局等价的训练算法。

SC、BPO 与 STE 的 loss 对照

SC 与 BPO 的全词表 surrogate 的对应关系可由以下恒等式得到:log⁡πθ(a)+DKL(μ∥πθ)=log⁡πθ(a)−∑vμ(v)log⁡πθ(v)+∑vμ(v)log⁡μ(v)\log\pi_\theta(a)+D_{\mathrm{KL}}(\mu\Vert\pi_\theta)=\log\pi_\theta(a)-\sum_v\mu(v)\log\pi_\theta(v)+\sum_v\mu(v)\log\mu(v)。最后一项与训练器参数无关;使用相同固定权重时,两个 loss 只差一个常数。

STE loss 的前向值则是 −sg⁡(R(q,y))log⁡μ(a)-\operatorname{sg}(R(q,y))\log\mu(a),通常与上述 SC loss 不相同。它们相同的是指定反传规则后的梯度,而非 loss 数值。