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近日,哈尔滨工业大学(深圳)联合深圳河套学院、Independent Researcher提出了隐式思考模型 LRT(Latent Reasoning Tuning),通过一个轻量级的推理网络,将大模型冗长的「思维链」压缩为紧凑的隐式向量表征,一次前向计算即可完成推理,无需逐 token 生成数千字的中间推理过程。

LRT 不仅实现了高效思考,还能作为一种全新的混合思考范式,在 Qwen3 系列模型上超越了其原生的非思考模式。

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  • 论文地址: https://openreview.net/forum?id=CbK7lYbmv8

  • 代码开源: https://github.com/MobiusDai/LRT

出发点:大模型「自言自语」的推理过程真的全都有用吗?

以 OpenAI o1、DeepSeek-R1、Qwen QwQ 为代表的慢思考推理模型,通过生成详尽的逐步推理链来解决复杂问题,展现了强大的推理能力。然而,这些模型存在一个显著痛点 —— 过度思考(Overthinking):

  • 即使是简单的数学题,模型也可能生成数千个 token 的推理过程,其中包含大量回溯、自我验证和冗余步骤;

  • 推理轨迹的长度往往远超最终答案,导致推理延迟高、计算开销大,严重制约了实时应用。

Question:这些冗长的推理链真的全部必要吗?

关键发现:推理轨迹存在大量冗余

为了回答上述问题,团队设计了一组实验:在 DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B 模型上,将推理轨迹进行不同粒度的删减 —— 随机跳过一定比例的 token 或推理步骤,然后观察模型能否仅凭残缺的推理链给出正确答案。

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核心洞察: 即使随机丢弃 50% 的推理轨迹,模型准确率仅下降约 2 个百分点。这可以得出两个结论:

当前的推理轨迹中存在大量冗余信息,远超正确推理所需的信息;

推理模型具有强大的信息过滤能力,即使面对残缺、高困惑度的推理链,依然能从中提取关键信息并总结得出正确答案。

这一发现直接启发了团队的核心思路:既然完整的逐步推理链并非必要,能否用一种更紧凑的隐式表征来替代它?

方法:隐式思考模型 LRT

基于上述洞察,团队提出了 Latent Reasoning Tuning(LRT) 框架。其核心思想可以概括为:用一个轻量级推理网络,将显式的推理链「编码」为固定长度的隐式向量,直接注入大模型即可生成最终答案。

技术架构

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如上图所示,传统推理模型需要逐 token 自回归生成整条推理链(Decode → Decode → ... → Decode),而 LRT 的流程为:

输入编码: 将问题输入大模型,提取其隐藏状态表征;

,一次前向传播即生成固定长度的隐式推理向量;

答案生成: 将隐式推理向量与问题 (编码向量) 拼接后送入大模型,直接解码生成最终答案。

具体方法

对于一个推理型大模型

,将输入提示定义为

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推理轨迹为:

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,最终答案为

通常

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,即推理过程所消耗的 token 数量远大于最终答案的长度 —— 这正是推理开销的根源所在。

模型的推理生成过程可分为两个阶段:

  • Prefill 阶段: 模型一次性处理输入提示 X 中的全部 token,初始化注意力状态(KV 缓存)。这一阶段是并行的,计算效率较高;

  • Decode 阶段: 模型逐 token 自回归地生成输出,每一步仅基于前序 token 与缓存状态进行推理。这一阶段是串行的,也是推理延迟的主要瓶颈。

在 Decode 阶段,思维链的生成过程可以形式化为:

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其中

表示序列拼接。

注意到,在给定模型参数

完全由模型的输出分布决定。

的条件下,推理轨迹

和输入

因此,推理轨迹可以表示为输入与模型参数的函数

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。相应地,LLM 先推理再总结得到答案的完整过程可以写为:

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既然推理轨迹是输入的函数,而已经证明了它存在大量冗余,那么一个自然的想法是:使用一个更高效的函数来替代它?

基于这一思路,团队引入一个轻量级的推理网络

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,直接从输入映射到紧凑的隐式推理表征:

隐式表征以固定长度的连续向量序列替代了原本需要逐 token 解码的冗长推理链,从而将「Decode」过程转化为高效的「Prefill」操作。

在训练阶段,我们采用两阶段优化策略。第一阶段通过监督微调(SFT)优化推理网络参数

,最小化负对数似然损失:

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该目标鼓励。第二阶段进一步采用强化学习(GRPO),以答案正确性作为奖励信号,激励推理网络在隐式空间中探索更优的推理路径,从而突破训练数据质量的瓶颈。

正确预测最终答案

生成的隐式表征能够引导冻结的基座模型

实验结果

1. 高效思考 —— 在不同 Token Budget 下表现最优

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在 DeepSeek-R1-Distill-Qwen-1.5B 上,与多种高效推理方法进行对比:

  • 在不同的 Token 预算下,LRT 在域内和域外任务上全面领先。在 512-Token 下,其平均准确率比 NoThinking 高 2.66%,比 RL 类方法 ShorterBetter、LC-R1 分别高 5.90% 和 4.74%。

2. 混合思考 —— 超越 Qwen3 原生混合思考模式

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LRT 的模块化设计天然适合作为混合推理的新范式:面对简单问题使用隐式思考快速作答,面对困难问题切换回显式慢思考深入推理。在 Qwen3 系列模型上验证了这一能力:

  • 在 Qwen3-4B 上,LRT 的 pass@4 平均准确率达到 71.60%,比 Qwen3 原生非思考模式高出 5.82 个百分点!在 GSM8K 上提升近 7%,在 LSAT 上提升超过 14%。这表明隐式推理向量能有效引导模型产生更多样、更高质量的解题路径。

3. 推理效率对比

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  • LRT 的推理延迟显著低于 Qwen3 的混合思考模式,甚至比非思考模式还快 —— 因为隐式推理向量引导模型生成更简洁的答案,减少了解码步数。

4. 消融实验分析

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隐式推理 token 数量的影响: 随着隐式 token 数从 64 增加到 256,性能稳步提升(42.53% → 48.42%)。

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两阶段训练: 加入 RL 阶段后,域内任务平均提升约 9%,域外任务平均提升约 4.3%,验证了强化学习对隐式推理优化的关键作用。

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更大的基础模型(如 Qwen3-8B)则能充分利用更多的隐式 token(使用 512 个隐式 token 时结果仍能提高),说明隐式推理的「容量」与基础模型能力正相关。

总结

隐式思考模型 LRT 开辟了一条全新的高效推理路径:

  • 理论洞察: 系统性地揭示了推理轨迹的高度冗余性,证明完整的逐步推理链并非正确推理的前提;

  • 高效思考: 通过将显式推理链压缩为隐式向量表征,用单次前向计算替代数千步自回归解码,大幅降低推理成本;

  • 混合思考: 模块化的即插即用设计,无需修改大模型参数,可在隐式推理与显式推理之间无缝切换,为混合推理系统提供了更优的替代方案;

  • 效果优异: 在数学、逻辑、科学等多类基准上全面超越现有高效推理方法,并在 Qwen3 系列模型上超越其原生非思考模式。

作者信息

本文第一作者姜聪,哈尔滨工业大学(深圳)博士生,研究方向为高效思考与推理模型。通讯作者张正,哈尔滨工业大学(深圳)教授、博士生导师,教育部青年长江学者,主要从事高效能多模态人工智能的研究,近年专注于高效与可信多模态大模型。

主要完成单位为哈尔滨工业大学(深圳)& 深圳河套学院。