El Mecanismo de Entropía del Aprendizaje por Refuerzo para Modelos de Lenguaje de RazonamientoThe Entropy Mechanism of Reinforcement Learning for Reasoning Language
Models
Este artículo busca superar un obstáculo importante en la escalabilidad del aprendizaje por refuerzo (RL) para el razonamiento con modelos de lenguaje grandes (LLMs), específicamente el colapso de la entropía de la política. Este fenómeno se observa consistentemente en numerosas ejecuciones de RL sin intervención de entropía, donde la entropía de la política disminuye abruptamente en las primeras etapas del entrenamiento. Esta reducción en la capacidad exploratoria siempre va acompañada de la saturación del rendimiento de la política. En la práctica, establecemos una ecuación de transformación R=-a*e^H+b entre la entropía H y el rendimiento posterior R. Esta ley empírica indica fuertemente que el rendimiento de la política se obtiene a costa de la entropía de la política, lo que la limita debido a su agotamiento, y el límite es completamente predecible cuando H=0, resultando en R=-a+b. Nuestro hallazgo hace necesario gestionar la entropía para permitir una exploración continua hacia la escalabilidad del cómputo en RL. Para ello, investigamos la dinámica de la entropía tanto teórica como empíricamente. Nuestra derivación destaca que el cambio en la entropía de la política está impulsado por la covarianza entre la probabilidad de acción y el cambio en los logits, que es proporcional a su ventaja cuando se utilizan algoritmos similares al Gradiente de Política. El estudio empírico muestra que los valores del término de covarianza y las diferencias de entropía coinciden exactamente, respaldando la conclusión teórica. Además, el término de covarianza se mantiene mayormente positivo durante el entrenamiento, lo que explica por qué la entropía de la política disminuye monótonamente. Al comprender el mecanismo detrás de la dinámica de la entropía, nos motivamos a controlarla restringiendo la actualización de tokens con alta covarianza. Específicamente, proponemos dos técnicas simples pero efectivas, llamadas Clip-Cov y KL-Cov, que recortan y aplican una penalización KL a los tokens con altas covarianzas, respectivamente. Los experimentos muestran que estos métodos fomentan la exploración, ayudando así a la política a escapar del colapso de la entropía y lograr un mejor rendimiento posterior.