本文针对慢思考大语言模型推理能力越强、幻觉越严重的核心问题,指出传统强化学习存在忽视知识边界、推理过程监督真空两大缺陷,导致模型无法识别知识边界、易编造推理步骤。为此提出KnowRL 框架,通过构建匹配外部知识库的训练数据,设计包含格式奖励、正确性奖励、事实性奖励的复合奖励函数,基于 GRPO 算法实现事实引导的策略优化,对推理链每一步进行事实性验证。
实验结果显示,KnowRL可显著降低模型幻觉率、提升拒答率,同时保持甚至增强推理能力,具备跨语言迁移性,在幻觉缓解与推理能力平衡上优于现有方法,为构建高事实性推理模型提供可行路径。
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论文题目: KnowRL: Exploring Knowledgeable Reinforcement Learning for Factuality 论文链接: https://arxiv.org/pdf/2506.19807 代码链接: https://github.com/zjunlp/KnowRL一、引言
以 DeepSeek-R1 为代表的"慢思考"大语言模型(Slow-thinking LLMs)通过强化学习激励模型生成长链条的思维过程(Chain of Thought),在数学推理、代码生成等复杂任务上取得了突破性进展。然而,一个关键的悖论也随之浮现:模型的推理能力越强,幻觉问题反而可能越严重。
如下图所示,随着 DeepSeek-R1 蒸馏模型的参数规模从 1.5B 增长到 32B,其在推理基准 GPQA 上的得分显著提升,但在事实性基准 SimpleQA 上的表现几乎没有改善,甚至出现退化。![]()
这一现象的根源在于当前强化学习训练范式的两个核心缺陷:
1. 忽视知识边界:现有 RL 方法仅依赖结果导向的奖励(答案是否正确),模型无法区分"我知道什么"和"我不知道什么"。面对超出自身知识范围的问题,模型不会选择拒答,而是倾向于猜测以获取奖励。
2. 监督真空:即使最终答案正确,推理过程中的每一步是否基于真实知识,RL 算法并不关心。这导致模型可能通过"编造"看似合理的推理步骤来碰巧得到正确答案,RL 反而会强化这种不诚实的推理路径。
为此,本文提出了KnowRL(Knowledge-enhanced Reinforcement Learning),一个将事实监督直接融入强化学习推理过程的框架。如下图所示,与传统慢思考模型将思维过程视为黑箱不同,KnowRL 打开这个黑箱,对推理链中的每一步进行事实性验证,教会模型在知识边界内忠实推理,在知识边界外诚实拒答。![]()
二、方法
KnowRL 的整体框架如下图所示,主要包含两个阶段:数据构建和 KnowRL 训练。![]()
数据构建
KnowRL 首先构建了与外部知识匹配的训练数据。具体而言,从NqOpen、WebQuestions、ComplexQuestions 等问答数据集中提取问题,利用 GPT-4o 进行质量筛选和实体提取,并将提取出的实体与 Wikipedia 知识库进行匹配,从而为每个训练样本关联对应的事实知识,作为后续事实验证的依据。
复合奖励函数
KnowRL 的核心创新在于设计了一个复合奖励函数,由三个部分组成:
格式奖励:检查输出是否遵循
... ...的规范格式。合规得 +1 分,否则 -1 分。正确性奖励:由评估模型判断最终答案的正确性。正确得 +2 分;模型主动拒答("I don't know")得 +1 分;回答错误得 -1 分。值得注意的是,拒答的奖励高于错误回答,这一设计显式地鼓励模型在不确定时选择诚实拒答,而非胡乱猜测。
事实性奖励:这是 KnowRL 最关键的创新。受 FactScore 启发,框架首先将模型的思维链分解为若干原子事实(atomic facts),然后将每个原子事实与外部知识库中的相关知识进行逐一验证,最终以被验证支持的原子事实比例作为事实性奖励。这一机制使得奖励信号直接作用于推理过程的每一步,而非仅仅关注最终答案。
在优化算法层面,KnowRL 基于 GRPO(Group Relative Policy Optimization)算法,将上述复合奖励融入策略优化过程。通过计算组内相对优势(group-relative advantage),事实性得分高的推理轨迹获得正向优势值,而充满幻觉的轨迹获得负向优势值,从而在策略更新中增加知识支撑推理的概率,降低幻觉推理的概率。同时引入熵奖励和 KL 散度正则项来平衡探索与稳定性。
三、实验主要结果
为了消除单次采样的方差影响,本文采用多次运行评估(Avg@5,Temperature=0.6),在多个基准上验证 KnowRL 的效果,涵盖幻觉评测(TruthfulQA、SimpleQA、ChineseSimpleQA)和推理评测(GPQA Diamond、AIME 2025)。基座模型选用 Skywork-OR1-7B-Preview(RL 路线)和 DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B(蒸馏路线)。![]()
实验结果表明:
显著降低幻觉率:以 DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B 为例,KnowRL 将 SimpleQA 上的错误率从 62.47% 降低至 48.27%(下降约 14 个百分点),拒答率从 34.33% 提升至 48.93%;在 Skywork 模型上,错误率从 59.47% 降至 40.20%(下降约 19 个百分点),说明模型有效学会了识别自身的知识边界。
保持推理能力:在 Skywork 模型上,KnowRL 将 GPQA 得分从 44.95% 提升至 48.89%,AIME 2025 从 34.67% 提升至 38.00%;在 DeepSeek 模型上,GPQA 从 45.45% 提升至 46.97%,AIME 从 29.33% 提升至 34.00%,表明事实性监督不仅不会损害推理能力,反而可能通过减少推理过程中的噪声来促进推理。
跨语言迁移:尽管训练知识来源以英文为主,KnowRL 在中文事实性基准 ChineseSimpleQA 上也取得了显著提升——DeepSeek 模型的错误率从 60.27% 大幅降至 28.07%(下降超 32 个百分点),表明模型学到的是一种语言无关的事实验证能力,而非记忆特定语言的知识。
优于现有方法:与 SFT、DPO、FactTune-FS、TruthRL 等基线方法相比,KnowRL 在幻觉缓解和推理保持之间取得了更优的平衡,避免了其他方法常见的灾难性遗忘问题。
训练动态分析
下图展示了 KnowRL 训练过程中模型行为的变化。![]()
可以观察到一个清晰的学习过程:训练初期,模型思维链中原子事实的准确率稳步上升,生成长度显著下降;随后,拒答率逐渐升高,错误率相应降低。这说明模型首先学会了提高推理步骤的事实准确性,然后在此基础上发展出识别自身知识边界的能力——对于不确定的问题选择拒答,而非编造答案。
四、总结
KnowRL 揭示了当前慢思考模型中一个被忽视的问题:仅优化最终答案的强化学习虽然增强了推理能力,却无法保证推理过程的事实可靠性。通过将事实验证直接嵌入 RL 的奖励机制,KnowRL 在不牺牲推理能力的前提下显著降低了幻觉,并使模型自然地学会了识别自身的知识边界。这一工作为构建"既聪明又诚实"的推理模型提供了一条可行的技术路径。
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