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title:  "Sky-T1-7B：通过强化学习提升推理模型的潜力"
date:   2025-04-21 10:00:00 +0800
categories: [AI 与大模型, 编程开发]
tags: [Sky-T1, Sky-T1-7B, Post-Training, Reasoning]
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- [Unlocking the Potential of Reinforcement Learning in Improving Reasoning Models](https://novasky-ai.github.io/posts/sky-t1-7B/)

## 摘要

我们很高兴发布 **Sky-T1-7B**，这是一个在数学推理任务上达到 SOTA 水平的开源 7B 模型，它通过对 Qwen2.5-Math-7B 基础模型进行 SFT->RL->SFT->RL 四步训练而成。我们同时还发布了 **Sky-T1-mini**，这个模型是在 DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B 模型基础上使用简单的强化学习(RL)训练得到的，在流行的数学基准测试上接近 OpenAI o1-mini 的性能水平。我们进行了一系列消融实验，研究了 SFT 数据规模、RL 规模以及模型在 SFT 和 RL 后的 pass@k 性能。我们观察到，长链条 CoT SFT 通常可以提升模型的 pass@k 性能，而 RL 则提高了模型在较低生成预算下(即 pass@1)的性能，但有时会以牺牲解决方案的熵为代价。

![](/images/2025/Sky-T1-7B/teaser.png)

**图 1:** 不同模型在四个流行数学推理任务(AIME24, AMC23, MATH500 和 OlympiadBench)上的平均准确率。Sky-T1-7B 在使用不到 1 万个从强教师推理模型中蒸馏的样本训练的 7B 模型中展示了 SOTA 性能(左 4 个柱)，而 Sky-T1-mini 在所有开源 7B 模型中达到了 SOTA 性能，包括那些使用超过 10 万个从强教师推理模型中蒸馏的样本训练的模型(第 5-7 个柱)。*对于 [rstar-math](https://arxiv.org/abs/2501.04519) 和 [Qwen2.5-7B-SimpleRL](https://hkust-nlp.notion.site/simplerl-reason)，由于模型权重未开源，我们直接使用他们报告的数据。

## 主要贡献

在这篇博文中：

1. 我们展示了 RL 可以显著提升小型模型的推理分数：
   - 我们展示了一个使用 RL 和 SFT 从 Qwen2.5-Math-7B 基础模型训练 Sky-T1-7B 的方法，只使用了 5k 从强教师模型 QwQ 蒸馏的数据，**性能超过了使用超过 10 万个从更强大的教师模型 DeepSeek-R1 蒸馏的数据训练的模型(如使用 11.7 万个 R1 响应训练的 OpenThinker-7B)**。
   - 其次，我们展示了简单的 RL 可以进一步提升当前 SOTA 的 7B 推理模型 DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B 的能力，得到了新的 SOTA 开源 7B 推理模型 Sky-T1-mini，性能接近 o1-mini。训练使用 8 个 H100 GPU，耗时 36 小时，根据 Lambda Cloud 定价约为 870 美元。

2. 我们进行了一系列关于 SFT 数据规模、RL 规模和模型 pass@k 性能的消融研究。**我们观察到长链条 CoT SFT 通常可以提升模型的 pass@k 性能，而 RL 则提高了模型在较低生成预算下(即 pass@1)的性能，但有时会以牺牲解决方案的熵为代价。**

为了促进社区进展，我们开源了所有成果，包括训练代码、训练方法、模型权重和评估脚本：

- [**Github**](https://github.com/NovaSky-AI/SkyThought)：用于数据生成、SFT、强化学习训练和评估的代码。
- [**HuggingFace**](https://huggingface.co/collections/NovaSky-AI/sky-t1-7b-67ab281da8192c1ba3e5296c)：包含模型检查点、最终模型权重和用于 **Sky-T1-7B** 和 **Sky-T1-mini** 的数据集的 Huggingface 集合。


## Sky-T1-7B – 通过 4 步 SFT 和 RL 训练

![](/images/2025/Sky-T1-7B/7b.jpg)

**表 1:** 4 步训练流程中中间模型的基准性能。与基础模型相比，最终模型在各项指标上都取得了显著提升：AIME24 提升 10.4%，MATH500 提升 33.2%，AMC23 提升 36.8%，OlympiadBench 提升 32.1%，平均提升 21.1%。

### 步骤 1: SFT
我们使用 QwQ 模型生成蒸馏数据，因为**该模型是在 DeepSeek R1 发布之前训练的**，当时 QwQ 是唯一开源的长推理模型。对于数据混合，我们使用 GPT-4o-mini 根据 AoPS 标准对提示的难度进行分类，选择了 [NUMINA 数据集](https://huggingface.co/datasets/AI-MO/NuminaMath-CoT)中难度高于 3 级的数学问题、难度高于 8 级的奥林匹克题目以及所有 AIME/AMC 问题。然后，我们通过仅接受与标准答案匹配的解决方案进行拒绝采样。总共，我们整理了 [5K 个来自 QwQ 的响应](https://huggingface.co/datasets/NovaSky-AI/Sky-T1-7B-step1-sft-5k)。

最后，我们使用这 5K 个响应，采用 [Sky-T1 系统提示](https://github.com/NovaSky-AI/SkyThought/blob/main/skythought/skythought_evals/models/model_configs.yaml)对 Qwen2.5-Math-7B 进行 SFT。我们训练了 3 个 epoch，使用 1e-5 的学习率和 96 的批次大小。完成这个阶段后，我们得到了 [Sky-T1-7B-Step1](https://huggingface.co/NovaSky-AI/Sky-T1-7B-step1) 模型。

### 步骤 2: RL
接下来，我们应用 [PRIME](https://github.com/PRIME-RL/PRIME) 的算法。我们使用 [Eurus-2-RL-Data](https://huggingface.co/datasets/PRIME-RL/Eurus-2-RL-Data) 进行 RL 训练，使用 256 的批次大小运行了 127 步（约 30K 数据）。对于每个提示，我们生成 4 个 rollout，并采用 PRIME 提出的提示过滤优化，过滤掉所有 4 个 rollout 都正确或错误的问题。完成这个阶段后，我们得到了 [Sky-T1-7B-Step2](https://huggingface.co/NovaSky-AI/Sky-T1-7B-step2) 模型。这个阶段在 8 个 H100 GPU 上运行了大约 44 小时。

正如 [DeepSeek-V3 技术报告](https://arxiv.org/pdf/2412.19437v1) 第 5.1 节所建议的，通过 SFT 和 RL 训练的模型可以作为高质量的数据生成器。因此，我们对 Sky-T1-7B-Step2 生成的轨迹进行另一轮蒸馏和拒绝采样，并使用与步骤 1 相同的数据混合方式整理了 [5k SFT 样本](https://huggingface.co/datasets/NovaSky-AI/Sky-T1-7B-step2-distill-5k)。我们使用这 5k 样本对 Qwen2.5-Math-7B 进行微调，得到了 Sky-T1-7B-Step2-5k-distill 模型。令人惊讶的是，该模型在 4 个基准测试中保持了与 Sky-T1-7B-Step2 相似甚至更好的性能，与使用 5k QwQ 轨迹微调的模型相比，展示了极高的数据效率。

### 步骤 3: 再次 SFT

结合步骤 2 中从 Sky-T1-7B-Step2 蒸馏的 5K 数据和步骤 1 中从 QwQ 蒸馏的 5K 数据，我们对 Qwen2.5-Math-7B 基础模型进行另一轮 SFT。同样地，我们训练了 3 个 epoch，使用 1e-5 的学习率和 96 的批次大小。然后我们得到了 [Sky-T1-7B-step3](https://huggingface.co/NovaSky-AI/Sky-T1-7B-step3) 模型。

### 步骤 4: 再次 RL

在这个阶段，为了加速 RL 训练，我们采用了简单的 [RLOO](https://arxiv.org/abs/2402.14740) 算法，不使用提示过滤和处理奖励模型。我们使用 [Eurus-2-RL-Data](https://huggingface.co/datasets/PRIME-RL/Eurus-2-RL-Data) 中的 numina_amc_aime 和 numina_olympiads 子集。我们使用 256 的批次大小运行了 59 步（约 15K 数据）。对于每个提示，我们生成 8 个 rollout。我们最终得到 [Sky-T1-7B](https://huggingface.co/NovaSky-AI/Sky-T1-7B) 作为最终模型。

### 评估

为了保证可重复性，我们使用 [Qwen 的数学评估套件](https://github.com/QwenLM/Qwen2.5-Math/blob/main/evaluation/sh/eval.sh) 进行所有评估。对于 AIME24 和 AMC23，由于它们分别只有 30 和 40 个问题，我们通过对每个问题采样 8 次（温度为 0.6，top-p 采样概率为 0.95）来评估其性能，然后计算 [pass@1](https://arxiv.org/pdf/2107.03374)（计算脚本也在 [这里](https://github.com/NovaSky-AI/SkyThought/tree/main/scripts/qwen_eval_bon.py) 提供）。对于 MATH500 和 OlympiadBench，我们使用贪婪解码。

### 结果

我们在表 1 中报告了每个阶段后模型的基准结果以及中间蒸馏模型的结果。我们还绘制了模型的 pass@k 曲线，以更好地理解每个 SFT 和 RL 阶段如何影响模型的内部能力。为了比较，我们进行了另一个消融实验，直接在 Qwen2.5-Math-7B 基础模型上使用 [STILL3](https://huggingface.co/datasets/RUC-AIBOX/STILL-3-Preview-RL-Data) 数据集运行 RLOO，每个提示生成 4 个 rollout。我们训练了 104 步，最终得到 Sky-T1-7B-Zero 模型。

如图 2 所示，长链条 CoT SFT 显著提高了模型在 AIME24 和 AMC23 上的整体 pass@k 性能。在 AMC 中，两阶段 RL 主要提升了 pass@1 准确率，同时减少了 k = 4 到 32 时解决方案的多样性。在 AIME 中，步骤 4 的 RL 相比步骤 1 的 SFT 和步骤 2 的 RL 进一步提升了整体 pass@k，尽管其影响相比 Sky-T1-7B-Zero 不那么显著。

![](/images/2025/Sky-T1-7B/sft_rl_test_time.png)

**图 2:** AIME24 和 AMC23 上每个步骤后训练的模型的 Pass@K 曲线。

## Sky-T1-mini – 简单的 RL 提升性能

在开发 Sky-T1-7B 的过程中（该模型是在 DeepSeek R1 发布之前训练的），我们发现不使用过程奖励模型（PRM）的简单 RL 算法也能很好地提升模型性能。因此，我们还使用简单的 RLOO 算法，仅使用验证器奖励，在当前 SOTA 的开源 7B 推理模型 [DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B](https://huggingface.co/deepseek-ai/DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B) 上进行训练。我们使用了 [STILL3](https://huggingface.co/datasets/RUC-AIBOX/STILL-3-Preview-RL-Data) 数据集以及 [Eurus-2-RL-Data](https://huggingface.co/datasets/PRIME-RL/Eurus-2-RL-Data) 中的 numina_amc_aime 和 numina_olympiads 子集。

在 8 个 H100 GPU 上：
- 首先使用 8k 的截断长度运行了 119 步（约 28 小时），批次大小为 256（约 30k 数据）
- 然后使用 16k 的截断长度运行了 29 步（约 8.7 小时）

最终模型 Sky-T1-mini 在四个数学基准测试中接近 o1-mini 的性能，如图 3 所示。**尽管我们只用截断上下文进行了短期训练（我们也没有仔细选择算法和数据混合），准确率的提升仍然令人印象深刻：AIME 提升 4%，OlympiadBench 提升 5.6%，平均提升 2%，展示了 RL 在蒸馏之外进一步提升模型性能的潜力。**

## 完整结果

![](/images/2025/Sky-T1-7B/performance_stats_avg.png)

**图 3:** Sky-T1-7B 和 Sky-T1-mini 在 AIME23、AMC23、MATH500 和 OlympiadBench 上的准确率，与其他 7B 模型的比较。

## 其他观察

![](/images/2025/Sky-T1-7B/sft_scale_rl.png)

**图 4:** 使用不同规模 SFT 数据训练的模型以及经过 RL 进一步增强的模型的基准性能。

![](/images/2025/Sky-T1-7B/passk_sft_scale.png)

**图 5:** 使用不同规模 SFT 数据训练的模型以及经过 RL 进一步增强的模型在 AMC23 上的通过@K 曲线。

为了评估长链条 CoT SFT 数据规模的影响，我们将 QwQ 轨迹从 30k 扩展到 60k 再到 120k。我们在图 4 和图 5 中分别报告了经过 SFT 训练和进一步通过 RL 增强的模型的基准性能和 AMC 通过@k 曲线。这里的 RL 训练采用简单的 RLOO 算法，使用 [STILL3](https://huggingface.co/datasets/RUC-AIBOX/STILL-3-Preview-RL-Data) 数据集，每个提示生成 4 个 rollout。

从图 4 所示的基准性能图来看，虽然 SFT 能够实现从 30k 到 60k 的扩展，但超过这个点后其效果就趋于平稳。相比之下，进一步通过 RL 训练的模型继续从增加的数据中受益，在扩展到 120k 时展示了进一步的改进。这突出表明了 RL 在有效利用额外 SFT 训练数据方面的重要性。

如图 5 所示，在通过@k 评估中也出现了类似的模式。当数据从 30k 扩展到 60k 和 120k 时，SFT 和 RL 都显示了通过@k 准确率的提升，其中 RL 在所有数据规模下始终实现比 SFT 更好的测试时间扩展。与从 30k 扩展到 60k 相比，从 60k 扩展到 120k 的改进对 SFT 和 RL 都不那么显著。

这个图还表明，RL 主要通过提高较低生成预算（即较小的 k）下的通过@k 准确率来提高效率，有效地提升性能而无需过度采样。然而，这可能会以牺牲解决方案的熵为代价 – 在大量并行采样时获得的收益较少。

## 结论

在这篇博文中，我们展示了 RL 可以进一步提升轻度或重度蒸馏模型的能力。我们进一步进行了通过@k 实验，以展示 SFT 和 RL 如何影响模型的通过@k 性能。我们观察到，长链条 CoT SFT 通常可以提升模型的通过@k 性能，而 RL 则提高了模型在较低生成预算下（即通过@1）的性能，但有时会以牺牲解决方案的熵为代价。