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Agent-Omit:通过智能体强化学习训练高效LLM智能体实现自适应思考与观察省略 Agent-Omit: Training Efficient LLM Agents for Adaptive Thought and Observation Omission via Agentic Reinforcement Learning

Yansong Ning, Jun Fang, Naiqiang Tan, Hao Liu 📅 2026-02-04 👍 13 2026-07-13 08:35
LLM智能体 上下文压缩 工具调用 强化学习 效率优化

通过学习识别并省略冗余的思考和观察token,在不损失准确率的前提下大幅降低智能体推理成本

前置知识

LLM智能体(LLM Agent)

大语言模型智能体是指能够与外部环境进行多轮交互的系统,每轮交互包含三个核心组件:思考(Thought,即链式推理过程)、行动(Action,如调用工具或生成最终回答)和观察(Observation,即环境返回的反馈信息)。这种模式使LLM能够解决复杂的现实世界任务,如网络导航、信息检索、科学实验等。

本文的核心研究对象就是LLM智能体的多轮交互过程,理解这个交互模式是理解论文的前提

上下文窗口(Context Window)

LLM在生成回复时能看到的历史信息总长度,包括所有之前的思考、行动和观察。随着交互轮次增加,上下文会不断累积,导致token消耗急剧增长,推理成本上升。本文发现智能体token成本的45.1%来自思考、52.2%来自观察,而行动本身仅占2.7%。

论文要解决的核心问题就是如何在保持性能的前提下减少上下文中的冗余token

蒙特卡洛展开(Monte Carlo Rollouts)

一种评估策略的方法,在某个时间点后随机采样多条可能的后续轨迹,通过统计这些轨迹的平均表现来估计该状态的价值。本文用这种方法来量化每一轮思考和观察对任务成功的贡献程度。

作者用这个方法发现了不是所有轮次同等重要这一关键洞察,为省略策略提供了理论基础

GRPO(Group Relative Policy Optimization)

DeepSeek提出的强化学习算法,通过组内相对排名来计算优势函数,避免了传统PPO需要训练价值网络的开销。在本文中被用作智能体策略优化的核心算法。

这是本文强化学习阶段采用的基础算法,理解它有助于理解训练方法的技术细节

KL散度(KL Divergence)

衡量两个概率分布之间差异的指标,定义为 $D_{KL}(P||Q) = \sum P(x) \log \frac{P(x)}{Q(x)}$。在强化学习中常用于约束新策略不要偏离参考策略太远,防止灾难性遗忘。

本文理论证明省略策略的误差被KL散度上界约束,这是论文理论贡献的核心

研究动机

现有LLM智能体在多轮交互中面临严重的效率瓶颈。智能体的token成本主要由思考(45.1%)和观察(52.2%)两部分构成,而实际的行动执行仅占2.7%。随着交互轮次增加,观察内容呈线性累积增长,导致后期轮次的上下文负担极重。现有的效率优化方法存在明显局限:思考管理方法(如DEPO、ToolLight)对整个交互轨迹进行均匀压缩,没有区分哪些轮次的思考真正必要;观察管理方法(如Observation-Mask、DeepMiner)采用启发式策略裁剪历史观察,缺乏对任务的自适应能力;综合管理方法(如MEM-Agent、ReSum)使用LLM进行摘要压缩,但摘要过程本身引入了额外开销,且压缩后的信息可能与智能体内部推理不匹配。

本文的目标是本文的具体目标是建立一个能够自适应识别并省略冗余思考和观察的统一训练框架。具体而言,作者希望:(1)量化证明不同轮次的思考必要性和观察效用存在显著差异;(2)训练一个8B参数的小模型,使其在5个多样化benchmark上的准确率能与7个前沿LLM(包括DeepSeek-R1-0528、o3等)相媲美;(3)在保持准确率的同时,将token成本降低到比现有7种高效智能体方法更低的水平,实现最优的效果-效率权衡。

与已有工作不同的是,本文的独特切入角度在于发现了轮次级不均匀性这一被忽视的关键现象。现有方法将整个交互轨迹视为同等重要,但作者通过蒙特卡洛展开实验发现:在中间轮次(如第2、4、6轮)省略思考或观察可以在不损失准确率的情况下显著降低token成本,而在首尾轮次省略则会损害性能。这种动态的、任务依赖的最优省略点无法通过静态启发式方法捕获,需要一个学习到的自适应策略。这正是Agent-Omit的核心洞察:不是要不要压缩的问题,而是在哪里省略的问题。

核心方法

Agent-Omit的框架可以用一个类比来理解:就像一个有经验的项目经理,他不会对每个会议都做详细记录,而是知道哪些环节的关键决策需要重点记录,哪些中间讨论可以跳过。具体技术路线分为两个阶段:第一阶段是冷启动,通过合成数据教会智能体省略的基本格式和行为模式;第二阶段是省略感知的强化学习,通过与环境交互让智能体学会在哪些轮次执行省略最有效。整个框架的关键创新在于将省略行为显式建模为策略的一部分,而不是简单的后处理压缩。

Agent-Omit最本质的创新在于提出了轮次级自适应省略的范式,与现有方法形成鲜明对比。现有方法要么均匀压缩所有轮次(如缩短所有思考的token长度),要么用启发式规则裁剪(如滑动窗口丢弃旧观察)。Agent-Omit则让智能体学会在每一轮动态决策:(1)当前轮次的思考是否可以省略(生成空的);(2)哪些历史轮次的观察已经不相关,需要从上下文中移除(输出命令)。这种设计的精妙之处在于,省略决策本身成为策略网络输出的一部分,可以通过强化学习端到端优化。与摘要压缩方法相比,Agent-Omit不需要额外的LLM进行信息压缩,避免了摘要与内部推理不匹配的问题。

方法步骤详情

Agent-Omit的方法包含以下完整步骤:首先是省略轮次识别,通过蒙特卡洛展开遍历交互轨迹,对每个轮次t显式省略思考τt或观察ot,然后让智能体继续推理直至完成任务,如果省略后token减少且准确率不下降,则标记该轮次为可省略。其次是层次化省略行为合成,分为单轮省略和多轮省略两种场景。单轮省略教会智能体省略格式:对于思考省略,生成空的;对于观察省略,输出命令触发历史观察的移除。多轮省略则构建完整的省略轨迹,迫使智能体在省略后的上下文中维持推理连续性。然后是冷启动训练,使用标准语言建模损失在合成数据上进行全参数微调,并对环境观察应用损失遮罩确保策略只学习智能体生成的token。最后是省略感知的强化学习,采用双采样机制:完整轨迹y用于评估整体效果,部分轨迹y'(在省略触发点截断)用于学习省略前的上下文条件下的省略策略。奖励函数包含任务奖励Rtask和省略奖励Romit,其中Romit = Tok(τomitted)/Tok(y) + Tok(oomitted)/Tok(y),通过µ=0.2的权重平衡两者。

技术新颖性

Agent-Omit的技术新颖性体现在三个方面。第一是双采样机制的设计,解决了上下文变化问题:一旦观察被省略,智能体就无法看到省略前的信息,导致传统RL训练中省略策略不可学习。通过将采样解耦为完整轨迹和部分轨迹,智能体可以在保留省略前上下文的条件下学习省略决策。第二是省略奖励的设计,通过token节省比例直接激励效率提升,同时通过Rtask=0时Romit=0的约束防止奖励黑客攻击。第三是理论保证,作者证明了省略策略的误差被KL散度上界约束:|E[R(y*)] - E[R(y)]| ≤ δr + K'r · KL(π*, πθ),这意味着随着学习策略逼近最优省略策略,性能会单调改善。

WebShop环境中思考和观察对智能体效率和有效性的定量分析
Figure 2: WebShop环境中思考和观察对智能体效率和有效性的定量分析
思考和观察省略对智能体有效性和效率的影响
Figure 3: 思考和观察省略对智能体有效性和效率的影响
Agent-Omit框架概览
Figure 4: Agent-Omit框架概览

实验结果

实验结果在五个多样化benchmark上验证了Agent-Omit的有效性。在与前沿LLM的对比中,Agent-Omit-8B-RL在WebShop上达到23.57%的Pass@1准确率(超越DeepSeek-R1-0528的19.37%和o3的12.43%),在TextCraft上达到87.00%(超越DeepSeek-R1-0528的83.00%和o3的73.00%),在BabyAI上达到84.36%(超越DeepSeek-R1-0528的81.74%),在SciWorld上达到18.45%(显著超越所有基线)。在效率方面,Agent-Omit-8B-RL在WebShop上的平均token数为8,764,而DeepSeek-R1-0528为11,308,Qwen3-32B为11,872。在与高效智能体方法的对比中,Agent-Omit-8B-RL在所有五个benchmark上都取得了最高的准确率和最低的token成本。例如在TextCraft上,Agent-Omit达到87.00%准确率和7,328平均token,而ReSum为72.00%和9,258 token,Thinking-Retention为57.00%和12,274 token。消融实验表明,SFT阶段的单轮省略数据是基础能力的关键,RL阶段的部分轨迹采样对训练增益贡献最大,省略奖励是效率提升的主要因素。

智能体环境和训练数据统计
Table 1: 智能体环境和训练数据统计
Agent-Omit-4B/8B与现有前沿LLM智能体的对比
Table 2: Agent-Omit-4B/8B与现有前沿LLM智能体的对比
Agent-Omit-8B与现有高效LLM智能体构建方法的对比
Table 3: Agent-Omit-8B与现有高效LLM智能体构建方法的对比
WebShop环境中Agent-Omit各变体的Pass@1准确率
Figure 5: WebShop环境中Agent-Omit各变体的Pass@1准确率
Agent-Omit-8B-RL的平均省略轮次统计和省略频率分布
Figure 6: Agent-Omit-8B-RL的平均省略轮次统计和省略频率分布
查看结构化数据
任务指标本文基线提升
DeepSearch(信息检索) Pass@1准确率 26.56%(Agent-Omit-8B-RL) DeepSeek-R1-0528: 25.25%,o3: 31.50% 超越DeepSeek-R1-0528 1.31个百分点,与o3接近
WebShop(网络导航) Pass@1准确率 23.57% DeepSeek-R1-0528: 19.37%,ReSum: 17.80% 超越DeepSeek-R1-0528 4.20个百分点,超越ReSum 5.77个百分点
TextCraft(数字游戏) Pass@1准确率 87.00% DeepSeek-R1-0528: 83.00%,ReSum: 72.00% 超越DeepSeek-R1-0528 4.00个百分点,超越ReSum 15.00个百分点
BabyAI(具身控制) Pass@1准确率 84.36% DeepSeek-R1-0528: 81.74%,ReSum: 77.09% 超越DeepSeek-R1-0528 2.62个百分点,超越ReSum 7.27个百分点
SciWorld(科学发现) Pass@1准确率 18.45% DeepSeek-R1-0528: 13.23%,ReSum: 14.48% 超越DeepSeek-R1-0528 5.22个百分点,超越ReSum 3.97个百分点

局限与改进

论文存在以下几个局限性。首先,训练数据规模相对较小,SFT阶段仅使用2-4K合成样本,RL阶段每个环境仅使用374-2,120个训练实例,这可能限制了方法的泛化能力。其次,省略决策的最优性依赖于蒙特卡洛展开的质量,但展开本身需要额外的计算开销,且在训练阶段无法保证找到全局最优的省略点。第三,论文承认当前方法只能在SFT阶段进行省略数据合成,限制了向大规模预训练阶段的扩展。从我的观察来看,省略奖励Romit的设计可能存在一个问题:它只考虑了token数量的减少,没有考虑被省略信息的重要性,可能导致关键信息被错误省略。此外,论文在DeepSearch上的表现与o3仍有差距(26.56% vs 31.50%),说明在复杂推理任务上仍有提升空间。

独立分析的弱点

从独立分析的角度,Agent-Omit存在以下几个弱点。第一,省略粒度问题:当前方法只能在轮次级别进行省略(整个思考或整个观察),但实际上一个轮次内的思考可能部分冗余部分关键,轮次级粒度过于粗糙。改进方向是引入token级或句子级的省略策略,通过注意力机制识别每个token的重要性。第二,省略不可逆:一旦省略了某轮观察,后续轮次就无法恢复该信息,但如果后续推理发现需要该信息,就会导致失败。可以引入软省略机制,保留压缩版本而非完全删除。第三,奖励设计的局限:省略奖励只考虑token数量,没有考虑信息质量,可能导致过度省略。可以引入信息论指标(如互信息)来衡量被省略信息与任务的相关性。第四,缺乏对省略错误的恢复机制:当省略决策出错时,智能体没有撤销省略的能力,可能导致级联错误。

未来方向

论文作者提出未来将探索将省略数据合成扩展到大规模预训练阶段,并将训练范式推广到更大规模的LLM。基于本文成果,还可以延伸以下研究方向:(1)将省略策略与检索增强生成(RAG)结合,让智能体在省略观察后仍能按需检索关键信息;(2)探索跨任务的省略策略迁移,当前方法需要在每个环境单独训练,能否学到通用的省略模式;(3)将省略机制与思维链(Chain-of-Thought)压缩结合,在省略冗余思考的同时保留关键推理步骤;(4)研究省略策略的可解释性,让人类理解智能体为什么选择省略某些内容。

复现评估

论文的复现条件较为友好。代码和数据已开源于GitHub(https://github.com/usail-hkust/Agent-Omit)。训练数据方面,SFT阶段仅需2-4K合成样本,RL阶段每个环境需要374-2,120个样本,数据规模可控。算力需求方面,训练Qwen3-8B需要8张NVIDIA A100 GPU,SFT阶段约1小时收敛,RL阶段根据环境复杂度需要16-36小时。五个评估环境(DeepSearch、WebShop、TextCraft、BabyAI、SciWorld)均有公开的sandbox实现。复现难度中等,主要挑战在于RL训练的超参数调优(如学习率、rollout数量)和合成数据的质量控制。论文提供了详细的超参数配置表(Table 4)和系统提示词模板,降低了复现门槛。