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利用过程奖励模型,实现企业级AI智能体的DeepSeek Moment

发布日期:2025-02-24 20:24:39 浏览次数: 1530 来源:风叔云
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深入了解AI智能体如何通过过程奖励模型实现深度思考和推理能力。

核心内容:
1. 过程奖励模型(PRM)的基本概念与作用
2. PRM与传统结果奖励模型(ORM)的区别
3. 企业级AI场景下PRM的应用优势与实践案例

杨芳贤
53A创始人/腾讯云(TVP)最具价值专家
前言
最近忙于见客户和投资人,以及参加各种路演活动,文章有一段时间没有更新了,今天聊聊AI智能体和过程奖励模型的结合。
过程奖励模型(Process Reward Model,PRM),随着DeepSeek的火爆,开始频繁地出现在大家的视野中。
过程奖励模型PRM是DeepSeek具备深度思考和推理能力的关键技术之一,今天风叔详细介绍下,如何利用PRM实现AI智能体的DeepSeek Moment。
通过这篇文章你将了解到:
1. PRM的概念是什么?
2. PRM和传统奖励模型ORM有什么区别?
3. 为什么企业级AI场景更适合使用PRM?
4. PRM的实现流程是什么?
5. PRM提升AI智能体深度思考能力的实践案例

1. 过程奖励模型的概念
过程奖励模型是强化学习中的一种关键技术,用于在任务执行过程中提供更细粒度的即时反馈,而不仅仅依赖最终结果的稀疏奖励。它在复杂任务,比如机器人控制、对话生成、游戏策略等场景中的应用尤为重要,能够加速模型学习并提升策略稳定性。
和过程奖励模型相对应的是结果奖励模型(Outcome Reward Model,ORM),两者主要的区别体现在:
1. 奖励频率不同:ORM仅根据任务结果进行奖励,奖励频率稀疏;而PRM会在每个步骤或子任务阶段就进行奖励,奖励频率更加密集。
2. 训练稳定性不同:ORM容易陷入局部最优解,而PRM更易收敛,且梯度更新更加平滑。
3. 适用场景不同:ORM更适合相对简单的任务,比如走迷宫、物体识别;而PRM更适合处理长序列复杂任务,比如多轮对话、机器人控制等。

2. 为什么企业级AI场景更适合使用PRM?

企业级业务场景下,对问题的回答准确率有更高的要求,不仅要求结果准确,更看重思考和行动过程准确,需要符合企业实际的业务逻辑。因此,相比ORM,PRM更符合企业级场景对过程正确的高要求。

首先是思维过程准确,基于用户问题,AI需要给出准确的思考过程。比如用户询问“上周华东大区的销售额是多少”,正确的思考过程应该是:

第一步,确定上周的日期范围;第二步,确定华东大区的系统ID;第三步,确定销售额字段为Sales,且位于具体的某个宽表;第四步,组装成完整的SQL语句

第二是行动过程准确,基于思考过程,AI需要采取对应的行动。在企业级场景中,AI更常见的行动不是对话,而是进行数据查询或者进行API调用。比如,以上述思考过程为例,AI应该采取行动,生成SQP查询语句。

SELECT     sale_date, SUM(quantity) AS total_salesFROM     salesWHERE     -- 筛选出上周的记录    YEAR(sale_date) = YEAR(CURDATE() - INTERVAL 1 WEEK)     AND WEEK(sale_date) = WEEK(CURDATE() - INTERVAL 1 WEEK)GROUP BY     sale_dateORDER BY     sale_date;

如果思维过程和行动过程都准确,那么自然会得到正确的业务结果。


3. PRM的实现流程

下面,我们以客服问答场景为例,简单介绍PRM的实现过程。

1. 任务分解与奖励定义

我们可以将客服对话系统简单地分解为【理解意图】、【检索知识】、【生成回答】这三个环节,分别定义每个环节的奖励信号和奖励规则。

理解意图:奖励信号是意图分类的准确性,通过对比预测意图与实际意图标签,正确+0.3分,错误-0.1分。

知识检索:奖励信号是检索结果的相关性,可以基于BM25或向量相似度进行计算,强相关性得1分,无相关性得0分。

回答生成:通过判断回答的流畅性、信息完整性和友好度进行判断,可构建专门的打分模型进行评估。比如训练一个二分类模型,输入对话历史(如最近 3 轮对话),预测用户是否会给出好评

同时,为每个环节设置权重,假设意图理解为0.3,知识检索为0.5,回答生成为0.2。示例代码如下:

import torchfrom transformers import BertTokenizer, BertModel
class DialogueRewardModel(torch.nn.Module):    def __init__(self):        super().__init__()        self.bert = BertModel.from_pretrained("bert-base-uncased")        self.intent_head = torch.nn.Linear(7683)  # 3种意图        self.retrieval_score = torch.nn.Linear(7681)        self.fluency_head = torch.nn.Linear(7681)
    def forward(self, user_query, bot_response, retrieved_doc):        # 编码用户输入        query_embed = self.bert(**user_query).last_hidden_state.mean(dim=1)
        # 阶段1:意图理解奖励        intent_logits = self.intent_head(query_embed)        intent_reward = torch.nn.functional.cross_entropy(intent_logits, true_intent_label)
        # 阶段2:检索奖励        doc_embed = self.bert(**retrieved_doc).last_hidden_state.mean(dim=1)        retrieval_sim = torch.cosine_similarity(query_embed, doc_embed, dim=1)
        # 阶段3:生成奖励        response_embed = self.bert(**bot_response).last_hidden_state.mean(dim=1)        fluency_score = self.fluency_head(response_embed)
        # 综合奖励        total_reward = 0.3 * (intent_reward) + 0.5 * retrieval_sim + 0.2 * fluency_score        return total_reward


    2. 准备训练数据

    可以使用历史客服对话数据构建轨迹数据集

    S代表状态空间,包括了当前用户问题、对话历史、用户情绪得分;A代表动作空间,包括了生成回答的文本或者调用知识库API的决策;R代表奖励,表示在第n个状态下,AI采取行动an所获得的奖励。


    3. 进行强化学习


    将PRM集成到强化学习框架中,比如PPO,替代环境提供的原始奖励,如以下代码所示:

    # 基于 Hugging Face Transformers 的对话策略from transformers import GPT2LMHeadModel, GPT2Tokenizerimport torch
    class DialoguePolicy:    def __init__(self):        self.tokenizer = GPT2Tokenizer.from_pretrained("gpt2-medium")        self.model = GPT2LMHeadModel.from_pretrained("gpt2-medium")
        def generate_response(self, state):        input_text = f"User: {state['user_query']}\nBot:"        inputs = self.tokenizer(input_text, return_tensors="pt")        outputs = self.model.generate(**inputs, max_length=100)        response = self.tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)        return response.split("Bot:")[-1].strip()
    # 训练循环(PPO 框架)def train_ppo(policy, reward_model, epochs=10):    optimizer = torch.optim.Adam(policy.parameters(), lr=1e-5)    for epoch in range(epochs):        state = env.reset()  # 假设 env 为模拟对话环境        for t in range(max_steps):            action = policy.generate_response(state)            next_state, done = env.step(action)            reward = get_reward(state, action)            # PPO 更新逻辑(简化)            advantage = calculate_advantage(reward, policy, next_state)            loss = -torch.mean(advantage)            optimizer.zero_grad()            loss.backward()            optimizer.step()
    在实际训练中,也可以动态调整权重。比如在训练初期,更看重意图识别准确率,可以将意图识别的权重提升到0.5;而在训练后期,更看重回答生成的准确性,可以将内容生成的权重提升到0.5。

    企业级PRM实践案例
    下面,介绍我们的实践案例,使用PRM构建具备深度思考能力的企业级AI智能体。
    背景
    在设备运维领域,比如工厂的生产产线、暖通系统、配电系统等等,运维工程师需要获取设备运行的数据,包括电压、电流、震动、温度、湿度等参数,这些参数通过专门的传感器或虚拟点捕捉,并同步到工厂的数据中心。工程师需要这些数据进行日常的运维诊断和故障排查工作。
    需求
    当出现故障时,希望AI获取传感器实时数据,经过深度思考和定量分析,以对话形式快速帮助工程师缩小故障排查范围,并引导工程师更快速找到故障根源和解决方案。
    难点
    1. 工厂的环境错综复杂,既包括IOT设备之间的连接和控制关系,也包括各种设备的位置关系;
    2. 系统复杂,同样一个故障现象,背后可能有多种可能性,即使最专业的工程师也难以快速排查;
    3. 需要确保IOT数据获取的实时性和准确性,并基于定量分析规则,由AI自动给出判断
    解决方案
    使用过程奖励模型,对AI的输出内容进行强化学习。
    第一步,对AI输出的思考过程进行强化学习
    比如用户询问“1楼的供回水温差是多少”,准确的思考过程是:
    第一步,查询1楼的供水管温度传感器;第二步,查询该供水管温度传感器的数值;第三步,查询1楼的回水管温度传感器;第四步,查询该回水管温度传感器的数值;第五步,计算两个数值的差
    由工程师评估AI思考的每一步,正确则给予奖励,错误则给予惩罚,经过多次迭代,保障AI思考过程的准确性。
    第二步,对AI生成的数据查询指令进行强化学习
    比如思考过程的第一步,“查询1楼的供水管温度传感器”,需要将这句话转换成准确的Cypher查询语句
    MATCH(r:Sensor) WHERE r.Name =~ ‘.*1F.*' AND r.type =~ ‘.*供水管温度传感器.*' RETURN r
    对于每一步思考所生成的行动步骤(即查询语句),由工程师进行评估,正确则给予奖励,错误则给予惩罚,最终将自然语言描述的行动步骤,准确转换为代码描述的行动步骤。
    最终效果
    具备深度思考能力的AI智能体,可以大幅提升运维工程师的运维效率。
    1. AI智能预警,电气工程师手机或PDA直接接收故障告警信息
    2. AI自动推理,根据获得的传感器数据,结合定量计算,自动帮助工程师缩小故障范围,找到故障原因
    3. AI解决方案,根据故障原因,自动向工程师提供故障解决方案

    对工业设备运维场景感兴趣或者有相关合作机会的朋友,或者想在其他业务领域实现AI智能体深度思考的朋友,可以加风叔好友,一起交流探讨。
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    风叔,AI大模型领域创业者,前腾讯产品总监,十多年产品设计和商业化经验,对电商、营销、AI和大数据产品具备丰富的实战经验。风叔将坚持输出自己的总结和思考,希望对你有帮助。

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