网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

3步推理生成加速20+倍!CoLT教会多模态大模型用「潜思维链」思考

0
分享至



一、研究背景:当 CoT 遇上「慢」与「窄」

近年来,多模态大语言模型(MLLM)在视觉问答、图表理解、科学推理等任务上取得了令人瞩目的进展。Qwen3-VL、InternVL3、Step3-VL 等模型不断刷新开源榜单,而支撑其复杂推理能力的关键技术之一,正是Chain-of-Thought(CoT,思维链):让模型在给出最终答案之前,先以自然语言逐步展开中间推理过程。

从 Wei 等人提出的 CoT 提示,到 DeepSeek-R1、OpenAI o1 所代表的长链推理范式,「先想后答」已成为构建高智能多模态系统的标准协议。

然而,文本 CoT 在带来性能增益的同时,也暴露出三个难以回避的结构性瓶颈。

  1. 推理效率:每一步思维都必须以离散 token 自回归生成,一次完整推理往往消耗数百甚至上千个 token,构成推理阶段最主要的计算负担。
  2. 表达局限:一旦将连续的思考过程「坍缩」为某一条具体的自然语言表述,模型便失去了在多种解题路径间保持分布的能力。
  3. 错误传播:早期推理步骤中的偏差会沿链条逐级放大,在长链场景下尤为致命。

为突破上述限制,学界开始探索Latent Reasoning(潜空间推理):将中间思考过程保留在连续表征空间中,而非显式解码为文本。

CoCoNut、CODI、SoftCoT、SIM-CoT 等工作在纯文本 LLM 上验证了这一方向的可行性;在多模态领域,LVR、LaCoT、MoNet 等方法则尝试借助辅助图像生成潜思维 token。但这些视觉潜推理方案往往依赖昂贵的图像标注或专用编码器,可扩展性受限。

一个自然的问题由此浮现:能否在不引入任何辅助视觉标注的前提下,仅利用已有文本CoT数据,让多模态模型在语言模型的潜空间中完成高效、可监督、可泛化的推理?

二、CoLT 核心思想:仅用 3 步潜向量完成深度推理

本文提出的CoLT(Chain of Latent Thoughts,潜思维链)给出了一份系统性的答案。



  • 论文标题:CoLT: Teaching Multi-Modal Models to Think with Chain of Latent Thoughts
  • 会议:ECCV 2026
  • 作者:胡连宇,秦胜乾,廖泽钦,郭青,万亮,冯伟,刘杨
  • 机构:南洋理工大学 | 上海交通大学 | 南开大学 | 天津大学
  • 代码:https://github.com/hulianyuyy/CoLT
  • 论文地址:https://arxiv.org/abs/2606.31986

给定图像 v 与文本查询 x,标准 MLLM 先在视觉编码器中获得视觉 token,再与文本拼接输入语言模型。传统 Text CoT 需要生成 L 步显式推理文本 r₁,…,r_L 后才能输出答案;而 CoLT 将这一过程替换为仅 K 步潜思维向量 h₁,…,h_K(本文默认 K =3),每一步对应语言模型在指定推理位置的最后一层隐状态,并直接作为下一步的输入嵌入反馈回模型,无需扩展词表、无需引入特殊 token。

这一设计带来了数量级上的效率优势:相比 Text CoT 平均约 142 个推理 token,CoLT 仅需3 个连续向量即可完成思考,生成阶段耗时从约 7.24 秒降至0.32 秒(MMStar benchmark,单卡 H200),文本解码加速达22.6×,端到端推理加速10.1×。更引人注目的是,效率的提升并未以牺牲精度为代价

在八个多模态基准上的平均准确率,CoLT 达到79.1%,不仅超越同骨干上的 Text CoT(75.7%,+3.4%),也显著领先现有潜推理与潜视觉推理方法。



图1:CoLT框架图。左图:(1)文本 CoT(思维链)在生成答案之前,会先生成冗长的推理文本 token;(2)潜在推理(latent reasoning)以潜在状态替代文本,但缺乏显式监督;(3)潜在视觉推理(latent visual reasoning)则通过编码器,将潜在状态与额外的图像标注进行对齐。右图:CoLT 生成潜在思维向量,并通过两种互补机制进行约束:外部的逐步监督(由解码器以前向和反向模式运行)以及内部的步间预测。

三、方法详解:三重步级监督,驯服无约束潜空间

将文本 token 替换为连续向量进行推理,看似简单,实则困难重重。无约束的潜空间缺乏结构化归纳偏置,模型极易学到语义空洞的表征,训练过程也会剧烈震荡,从而大幅降低精度。

CoLT 的核心创新,在于引入一套轻量但完备的步级(step-level)监督机制,从外部与内部两个维度共同规约潜思维链的语义与结构。

3.1 外部解码器:前向 + 后向双向锚定

CoLT 引入一个与骨干同族的小型外部解码器 D_φ(默认 Qwen3-0.6B,与 Qwen3-VL-8B 共享词表),在训练阶段对每个潜思维步提供互补监督:

  • 前向解码(Forward Decoding):以当前潜思维 h_k 为条件,解码器自回归生成下一步的文本推理 r_(k+1)。该损失确保每个潜向量编码了足够的信息,足以重构显式推理内容;梯度经解码器回传至主模型,驱动潜表征走向「可解释、可递进」的语义。



3.2 内部监督:步间连贯性预测





其中 α=β=γ=0.2。

3.3 两阶段训练与零开销推理

训练由 SFT 阶段组成:在 OneThinker 图像子集上以完整联合损失监督,动态将文本 CoT 标注切分为 K 段与潜思维步对齐。

推理阶段,外部解码器与投影头被完全丢弃,仅采用到 3 个潜向量的「闪电思考」与最终答案,零额外计算开销。

四、实验结果:八基准全面领先

研究团队在八个涵盖视觉理解、图表推理、文本丰富 VQA、科学问答、视觉不可或缺问题、图表理解与多任务综合评测的基准上系统评估 CoLT,骨干统一为 Qwen3-VL-8B-Instruct,确保公平对比。



表1 | 八个多模态基准综合对比(%)。† 表示基于 Qwen3-VL-8B 骨干。

从表 1 可以读出几条清晰结论:

  • 潜思维确实「有用」:相比直答模式(Avg. 69.5%),CoLT 提升 9.6 个百分点,证明仅 3 个连续向量即可承载 substantial 的推理能力。
  • 潜思维可以「更好」:相较同骨干 Text CoT(75.7%),CoLT 再提升 3.4%,在 ChartQA(+9.6%)与 TextVQA(+6.1%)上增益最为显著,恰是需要多步图表分析与 OCR 阅读的硬核场景。
  • CoLT 在潜推理赛道一骑绝尘:超越最强潜推理基线 SIM-CoT 5.1%,超越最强潜视觉推理基线 LVR 5.5%,且无需任何辅助图像标注。

与闭源模型的横向参照同样值得关注:在 MMBench 上 CoLT 达 84.6%,逼近 GPT-5-high(83.8%)与 Claude-Opus-4.1(83.0%);在 ChartQA 上以 74.7% 大幅领先 Gemini-2.5-Pro(59.7%)。对于 8B 规模的开源模型而言,这是一份颇具说服力的成绩单。

五、消融实验:每个监督信号都不可或缺

为厘清 CoLT 各组件的贡献,在四个代表性基准上进行了系统消融。

监督信号组合实验(表2)揭示:单独使用时,后向解码(67.2%)> 前向解码(65.8%)> 内部监督(63.6%);任意两两组合均显著优于单分量,其中 L_fwd + L_bwd 最强(69.8%);三者完整启用时平均准确率达 72.6%,且每增加一项监督均有稳定增益——后向解码的边际贡献最大(+4.5%),证实双向锚定是驯服潜空间的关键。



表2 | 监督信号组合消融

解码器规模消融(表3)则证明「小而美」:从 Qwen3-0.6B 扩展至 Qwen3-8B,平均准确率仅从 72.6% 微升至 73.2%(+0.6%),0.6B 解码器已能提供有效的步级监督,是精度-效率的最佳折中。



表3 | 外部解码器规模消融

潜思维步数 K 的敏感性分析(表4)显示性能在 K=3 处达到峰值(72.6%),过少(K=1, 66.8%)限制推理容量,过多(K=8, 71.2%)则引入冗余。跨 K 泛化实验进一步表明:以 K=3 训练、K=6 测试仅下降 0.7%,K=3 作为默认配置具有良好的鲁棒性。



表4 | 潜思维步数 K 的影响

六、效率加速:潜空间的天然优势

效率对比(表5)进一步量化了 CoLT 的实用价值。

在 MMStar 上,编码阶段三者均为 ~0.45s,瓶颈在生成阶段:Text CoT 需 7.24s 生成 142.1 个 token,CoLT 仅 0.32s 完成 3 个潜向量,生成加速 22.6×;端到端(编码+生成)加速 10.1×,且准确率从 Text CoT 的 67.1% 提升至 68.9%。

在 MMT-Bench 上结论一致:生成加速 22.4×,端到端 10.1×,准确率 67.4% vs. 63.3%。



表5 | 推理速度对比(单卡 H200,每样本均值)

七、可解释性:潜思维并非「黑箱」

一个常见质疑是:潜向量是否只是无法解释的数值噪声?

CoLT 用定性分析给出了否定答案。借助训练阶段的前向解码器,可将每个潜思维步h_k 投影回自然语言,揭示其编码的推理片段。



图2:两个可视化示例及其解码后的潜在思维。我们使用前向解码器将潜在状态重新映射回文本。不同颜色标注的片段表示由不同潜在推理步骤解码得到的推理内容。

论文 Figure 2 展示了两个逻辑推理与数学计算方面的实例:在逻辑模式匹配题中,三步潜思维分别对应逐行视觉扫描、绿色扇区计数与模式推断;在数学积木题中,潜步骤依次分解十位、个位并求和。颜色编码显示每步潜向量承载推理链中独立且语义明确的片段,步间逻辑连贯,验证了内部监督对结构化过渡的有效约束。

八、总结与展望

CoLT 为多模态潜空间推理提供了一条兼具理论美感与工程实用性的路径:以极少步数的连续潜思维替代冗长的文本 CoT,通过前向解码、后向解码与内部预测的三重步级监督驯服无约束潜空间,训练后零开销部署,在八个基准上以 79.1% 平均准确率全面领先,相对 Text CoT 实现 10.1× 端到端加速与 22.6× 文本生成加速,并在输入噪声下展现出卓越的鲁棒性。

未来方向包括:根据问题难度自适应调节潜思维步数 K;探索潜-文混合推理框架,在关键决策点切换显式/隐式表征;以及将潜思维链扩展至视频、音频等更多模态。

代码已开源:https://github.com/hulianyuyy/CoLT

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
美军暴击伊朗,6个半小时压着打,已造成大量伤亡,伊朗激射10枚重型导弹反击!

美军暴击伊朗,6个半小时压着打,已造成大量伤亡,伊朗激射10枚重型导弹反击!

扶苏聊历史
2026-09-02 16:59:45
重磅!七部门出手,激活内需60万亿社零!

重磅!七部门出手,激活内需60万亿社零!

新浪财经
2026-09-02 06:57:57
不查不知道,一查吓一跳!43岁王鸥在北京的花园豪宅,私下有多壕

不查不知道,一查吓一跳!43岁王鸥在北京的花园豪宅,私下有多壕

揽星河的笔记
2026-09-02 18:57:52
太难选择了!成都27岁女生相亲陷入两难:要生理性喜欢,还是要2000万家底

太难选择了!成都27岁女生相亲陷入两难:要生理性喜欢,还是要2000万家底

火山詩话
2026-09-01 07:05:33
宋子文临终前终于松口:护送蒋介石回南京当天,最大的叛徒不是张学良

宋子文临终前终于松口:护送蒋介石回南京当天,最大的叛徒不是张学良

纪史行者
2026-08-31 00:30:06
少儿不宜!Netflix再推限制级神作,口碑炸裂了

少儿不宜!Netflix再推限制级神作,口碑炸裂了

乡野小珥
2026-09-02 08:34:08
58岁那英演唱会变“胸透秀”,上万票价观众听半场就跑

58岁那英演唱会变“胸透秀”,上万票价观众听半场就跑

草莓解说体育
2026-09-01 09:34:02
李春平身边23名员工联名写举报信!举报利益集团安排李春平假结婚

李春平身边23名员工联名写举报信!举报利益集团安排李春平假结婚

细品名人
2026-09-01 22:35:27
广东队大名单正式揭晓,爆料杜润旺撕破脸,超级外援想降薪加入

广东队大名单正式揭晓,爆料杜润旺撕破脸,超级外援想降薪加入

宗介说体育
2026-09-02 16:21:47
恒大供应商“伤亡名单”

恒大供应商“伤亡名单”

地产微资讯
2026-09-02 14:36:33
国内捞不动、美国待不住!53岁的国民影后终于还是活成了笑话

国内捞不动、美国待不住!53岁的国民影后终于还是活成了笑话

不似少年游
2026-09-02 19:36:38
网红“曲靖丽姐”涉嫌刑案被警方调查,其抖音账号被封禁,“曲靖市文旅推荐官”身份被取消

网红“曲靖丽姐”涉嫌刑案被警方调查,其抖音账号被封禁,“曲靖市文旅推荐官”身份被取消

红星新闻
2026-09-02 18:49:57
重磅!交易浓眉哥?奇才要搅动NBA……

重磅!交易浓眉哥?奇才要搅动NBA……

体育新角度
2026-09-02 10:37:42
6毫米结石堵住输尿管,27岁男子手术前夜自行排石:反复跳跃、蹲起,拿筋膜枪对着右侧腰部震了近半小时,“手术可以取消了”;致肾脏破裂

6毫米结石堵住输尿管,27岁男子手术前夜自行排石:反复跳跃、蹲起,拿筋膜枪对着右侧腰部震了近半小时,“手术可以取消了”;致肾脏破裂

大风新闻
2026-09-01 12:08:07
武则天退位前夜紧握李显的手说:速杀此人!这个人未来一定会造反

武则天退位前夜紧握李显的手说:速杀此人!这个人未来一定会造反

千秋文化
2026-08-29 20:18:50
终于知道为何各大车企疯狂降价了,原来是资本已嗅觉到大变化了

终于知道为何各大车企疯狂降价了,原来是资本已嗅觉到大变化了

心中的麦田
2026-09-01 20:38:18
俄罗斯第二大城市圣彼得堡大爆炸!彼尔姆工厂失火

俄罗斯第二大城市圣彼得堡大爆炸!彼尔姆工厂失火

项鹏飞
2026-09-02 19:17:30
一只值100元!成都农户深夜狂抓6156只被查获,总价值高达60多万

一只值100元!成都农户深夜狂抓6156只被查获,总价值高达60多万

阿讯说天下
2026-09-02 11:45:24
景甜背后纹身图片被疯传,张继科直播一番话,被指保护了景甜!

景甜背后纹身图片被疯传,张继科直播一番话,被指保护了景甜!

背包旅行
2026-08-31 10:01:31
“没有手艺都是科技”,青岛一烤羊店招牌被六旬师傅装反,店主:主打纯手艺无科技,视频太火了,正在犹豫要不要改过来

“没有手艺都是科技”,青岛一烤羊店招牌被六旬师傅装反,店主:主打纯手艺无科技,视频太火了,正在犹豫要不要改过来

扬子晚报
2026-09-01 12:22:59
2026-09-02 20:31:00
机器之心Pro incentive-icons
机器之心Pro
专业的人工智能媒体
13905文章数 142728关注度
往期回顾 全部

科技要闻

凌晨最强模型上新,Claude Fable 5.1发布

头条要闻

被星宇股份裁掉的107名应届生 损失远远不止一份工作

头条要闻

被星宇股份裁掉的107名应届生 损失远远不止一份工作

体育要闻

一次有奖问答,让他成为欧冠主帅

娱乐要闻

香港武打影星陈观泰离世,终年80岁

财经要闻

北京首钢园数采中心停运,“百万小时”产能目标的账还算得过来吗?

汽车要闻

10万级的满配B级车 试驾2027款比亚迪海豹06

态度原创

教育
时尚
健康
房产
家居

教育要闻

新生入学当天,成都这所学校办了一场“导师双选会”

夏天别总穿黑色裤子,试试这几款高腰裙,显瘦优雅又提气质

越吃越爆痘?医生讲清7大真相

房产要闻

新四代住宅 新样板间开放丨以艺术之名 赴一场迭代之约

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

无障碍浏览 进入关怀版