REINFORCE++: An Efficient RLHF Algorithm with Robustness to Both Prompt and Reward Models

REINFORCE++ Baseline 是 REINFORCE++ 算法的简化版本，适用于 outcome rewards（response-level 标量奖励）。它与 GRPO 类似，对每个prompt输入采样多条模型输出，并使用组内 baseline 来估计优势函数，主要区别在于标准化时使用的统计量不同。

算法原理

为便于理解，我们基于 GRPO（Group Relative Policy Optimization）算法进行对比说明。

GRPO 和 REINFORCE++ Baseline 都采用组内对比的方式来估计优势函数，主要区别在于：

区别1：标准化时使用的统计量不同

GRPO (Group Relative Policy Optimization)

对每个 prompt 生成 $G$ 个响应样本，使用组内所有样本的均值和标准差进行标准化：

$$\hat{A}_{i} = \frac{R_i - \text{mean}(\{R_j\}_{j=1}^G)}{\text{std}(\{R_j\}_{j=1}^G)}$$

当设置 scale_rewards='batch' 时，使用原始奖励的批次 std：

$$\hat{A}_{i} = \frac{R_i - \text{mean}(\{R_j\}_{j=1}^G)}{\text{std}(\{R_j\}_{j=1}^{N})}$$

其中 $N$ 是批次中所有样本数。

REINFORCE++ Baseline

对每个 prompt 生成 $G$ 个响应样本，先减去组内均值，再使用减去组内均值后的奖励的标准差进行标准化：

$$\begin{align} \tilde{A}_{i} &= R_i - \text{mean}(\{R_j\}_{j=1}^G) \\ \hat{A}_{i} &= \frac{\tilde{A}_{i}}{\text{std}(\{\tilde{A}_k\}_{k=1}^{N})} \end{align}$$

其中 $N$ 是批次中所有样本数。

关键区别：

• GRPO：标准化时使用原始奖励 $R$ 的标准差
• REINFORCE++：标准化时使用减去组内均值后的奖励 $\tilde{A}$ 的标准差

区别2: KL 散度正则化

与 RLOO 类似，REINFORCE++ Baseline 将 KL 散度整合到奖励项中：

$$R'_i = R_i - \beta \cdot \text{KL}(\pi_\theta || \pi_{\text{ref}})$$

其中 $\beta$ 是 KL 散度的权重系数（对应参数 beta），$\pi_{\text{ref}}$ 是参考策略。

参数设置

我们可以基于 GRPOTrainer，通过设置以下参数实现 REINFORCE++ Baseline 训练：

--advantage_estimator reinforce_plus_plus
--scale_rewards batch
--kl_in_reward true

训练可以参考该脚本

重要参数说明

• --advantage_estimator：选择优势函数估计方法

  • grpo（默认）：标准化时使用原始奖励的标准差
  • reinforce_plus_plus：标准化时使用减去组内均值后的奖励的标准差

• --kl_in_reward：控制 KL 散度正则化项的处理位置

  • false：KL 散度作为损失函数的独立正则化项（GRPO 默认）
  • true：KL 散度直接从奖励中扣除（REINFORCE++ 原始实现）

• --scale_rewards：控制标准化方式

  • group（默认）：组内标准化
  • batch：全局批次标准化（REINFORCE++原始实现）
  • none：不进行标准化

• --num_generations：每个 prompt 生成的样本数量 $G$

• --beta：KL 散度正则化系数 $\beta$

其他参数参考 GRPO参数