7B模型數(shù)學(xué)推理擊穿o1，直逼全美20%尖子生！四輪進化，微軟華人新作爆火

原標(biāo)題：7B模型數(shù)學(xué)推理擊穿o1，直逼全美20%尖子生！四輪進化，微軟華人新作爆火
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微軟小模型在數(shù)學(xué)推理上超越OpenAI o1：rStar-Math算法詳解

近日，微軟亞研院全華人團隊提出了一種名為rStar-Math的新算法，使小語言模型（SLM）在數(shù)學(xué)推理能力上取得突破性進展，甚至超越了OpenAI的o1模型，引發(fā)AI社區(qū)廣泛關(guān)注。該研究成果發(fā)表在arXiv上，論文鏈接為：https://arxiv.org/pdf/2501.04519。

1. rStar-Math的核心思想：深度思考

   rStar-Math的核心在于賦予小模型“深度思考”的能力。該算法借鑒了AlphaGo中的蒙特卡洛樹搜索（MCTS）技術(shù)，設(shè)計了一個由兩個協(xié)同工作的SLM組成的系統(tǒng)：一個數(shù)學(xué)策略小語言模型（SLM）和一個過程獎勵模型（PRM）。通過MCTS，系統(tǒng)可以探索多種解題路徑，并選擇最優(yōu)解。

2. 三大技術(shù)創(chuàng)新

   rStar-Math包含三大技術(shù)創(chuàng)新：

   1. 全新代碼增強CoT數(shù)據(jù)合成方法：將數(shù)學(xué)問題求解分解為MCTS中的多步驟生成，通過驗證Python代碼的執(zhí)行結(jié)果來確保中間步驟的正確性，并根據(jù)步驟貢獻自動分配Q值，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。
   2. 全新PRM訓(xùn)練方法：利用MCTS生成的Q值構(gòu)建偏好對，使用成對排名損失來訓(xùn)練PRM，避免了直接使用Q值作為獎勵標(biāo)簽帶來的噪聲和不精確。
   3. 自我進化方案：通過四輪迭代，逐步提升策略模型和PRM的性能，并生成更高質(zhì)量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，最終解決更多高難度的數(shù)學(xué)問題。

3. 自我進化過程詳解

   rStar-Math的自我進化過程包含四輪：第一輪引導(dǎo)訓(xùn)練初始策略模型；第二輪訓(xùn)練可靠的PRM；第三輪利用PRM增強MCTS生成更高質(zhì)量數(shù)據(jù)；第四輪解決高難度數(shù)學(xué)問題，提升訓(xùn)練集覆蓋率。每一輪都迭代改進策略模型、PRM和訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

4. 實驗結(jié)果與分析

   rStar-Math在多個數(shù)學(xué)基準(zhǔn)測試中取得了顯著成果，包括MATH、GSM8K和AIME，其性能甚至超過了o1-preview，并在美國數(shù)學(xué)奧林匹克（AIME）中取得了53.3%的亮眼成績。實驗結(jié)果顯示，rStar-Math顯著提升了SLM的數(shù)學(xué)推理能力，并展現(xiàn)出強大的泛化能力。

5. 關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：內(nèi)在自我反思能力

   研究人員意外地發(fā)現(xiàn)，MCTS驅(qū)動的深度思考過程中，模型展現(xiàn)出內(nèi)在的自我反思能力，能夠識別并糾正錯誤的步驟，這在之前的開源大語言模型中并不常見。

6. 結(jié)論

   rStar-Math通過巧妙地結(jié)合MCTS、代碼增強CoT數(shù)據(jù)合成和自我進化方案，顯著提升了小模型的數(shù)學(xué)推理能力，為未來的AI發(fā)展提供了新的方向。該研究表明，即使是小模型，也能在特定任務(wù)上達到甚至超越大型模型的性能，為構(gòu)建更強大、更高效的AI系統(tǒng)提供了新的思路。

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作者簡介：智能+中國主平臺，致力于推動中國從互聯(lián)網(wǎng)+邁向智能+新紀(jì)元。重點關(guān)注人工智能、機器人等前沿領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)注人機融合、人工智能和機器人對人類社會與文明進化的影響，領(lǐng)航中國新智能時代。