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Agon: Competitive Cross-Model RL with Implicit Rival Grading of Reasoning

Vladislav Beliaev Independent Researcher belyaev.vladislav.nw@gmail.com thinkdense.ai

摘要 / AbstractReinforcement learning from verifiable rewards (e.g. GRPO) is the engine behind today's reasoning models, yet it grades only the final answer. On hard problems this trains models to write more rather than to think better, since the trace itself is never graded and no label for good thinking exists. We introduce Agon, which makes two competing models each other's graders. Both attempt the same problem; in alternating roles, one drafts a solution and the other reads it while solving, and each is rewarded for out-solving the other. To win, a model must out-reason a rival that has seen its work, so reasoning is judged implicitly during training, with no process labels and no reward model. Because both models are optimized, each faces a progressively stronger rival, which single-model RL cannot provide. The two need only be comparably strong and behaviorally different. At inference the pair deploys as it trains, a two-stage cascade in which one model drafts and the other answers after reading the draft. On the hard split of DeepMath with Qwen3, this doubles GRPO's pass@1, roughly eight times the gain of an untrained Mixture-of-Agents pass over the same base. The ordering replicates on competitive-programming code and across model families (Qwen3.5, Gemma 4). For now the models talk in text; the next step is to let them reason together in latent space.

引言

当前基于可验证奖励的强化学习(如 GRPO)仅根据最终答案给予奖励,不评估推理过程。在困难问题上,这促使模型生成更长但推理质量未提升的轨迹(过度思考),因为增加文本是提高期望奖励的廉价方式。Agon 提出一种竞争性跨模型 RL 方法,让两个模型互为评分者:轮流起草和挑战对方,通过谁解题更优来竞争,从而在训练中隐式地评估推理质量,无需过程标签或奖励模型。

相关工作

先前工作指出仅奖励最终答案的 RL 导致轨迹长度膨胀(Aggarwal & Welleck, 2025);自博弈方法(如 SPIN、Self-Rewarding LMs)受限于模型自身盲点导致的性能天花板;多模型协作(如 Self-Consistency、Mixture-of-Agents、多智能体辩论)多为聚合共识,在模型强度差异大时可能稀释质量;生成器-验证器对抗训练(如 GANs、Prover-Verifier Games)常用固定角色;Agon 通过轮换角色和竞争性奖励使两个分散策略在 RL 中协同改进。

方法

如何在没有过程标签的情况下为推理轨迹提供隐式质量信号? 引入竞争性跨模型 RL 框架 Agon:训练两个策略(A 和 B),在一轮中,一个作为起草者生成解法,另一个作为挑战者阅读对方的推理总结后解题,并通过竞争性奖励(正确性加转化奖励)鼓励击败对手;角色每步轮换。两个策略互为评分者,隐式评估推理。

如何从单一基础模型高效产生两个行为不同的策略? 采用双 LoRA 适配器架构:在一个冻结的基础模型上分别训练两个低秩适配器($\pi_A = \text{base} + \Delta_A$, $\pi_B = \text{base} + \Delta_B$)。通过不同的初始化(A 零初始化,B 小高斯噪声)和交替更新流(起草vs挑战)来维持发散,无需全量双模型。

如何设计竞争性奖励以避免梯度消失并使模型关注困难对手样本? 使用转化奖励 $c(b_i)(1-c(a_i))$,其中 $c(y) \in \{0,1\}$ 为正确性。该奖励在对手失败时给予挑战者更高权重,且要求组内对手上下文多样化(每个挑战者 rollout 对应不同 draft),以保证组相对优势标准化后仍有梯度信号。共享对手或简单 margin 奖励($c(b_i)-c(a_i)$)会因动作独立常数项在标准化后归零。

结果

DeepMath-hard 留出集 pass@1 (%):Agon 达到 $61\%$ pass@1,显著优于零点 ($23\%$)、普通 GRPO ($30\%$)、协同交换 ($46\%$) 和自精炼 ($32\%$) 等基线。在匹配生成预算下,Agon 比普通 GRPO 提高 $+31$ pp,比未经训练的 MoA 级联($34\%$)提高 $+27$ pp。

对比方法数值引用
Zero-shot23
Vanilla GRPO (baseline)30
Self-refinement (control)32
GRPO two-pass self-cascade (control)35
MoA [Wang et al., 2024] (no train)34
Competitive, shared opponent (single-pass)32
Cooperative exchange46
Agon (competition + exchange)61

GSM8K pass@1 (%):Agon 在 GSM8K 上达到 $75\%$,优于零点 ($62\%$) 和普通 GRPO ($68\%$)。

对比方法数值引用
Zero-shot62
Vanilla GRPO68
Agon75

MATH-500 pass@1 (%):Agon 在 MATH-500 上达到 $64\%$,优于零点 ($45\%$) 和普通 GRPO ($52\%$)。

对比方法数值引用
Zero-shot45
Vanilla GRPO52
Agon64

CodeContests (EASY) pass@1 (%):在 CodeContests EASY 难度上,Agon 达到 $34\%$ pass@1,高于普通 GRPO ($24\%$) 和协同交换 ($29\%$),表明方法可迁移至编程领域。

对比方法数值引用
Zero-shot18
Vanilla GRPO24
Cooperative exchange29
Agon34

平均最终阶段轨迹长度 (tokens):Agon 的挑战者阶段平均长度为 $3.5$k tokens,远短于普通 GRPO 的 $8.1$k、协同交换的 $5.1$k 和未训练 MoA 的 $6.9$k,显示出推理密度的提升。

对比方法数值引用
Zero-shot6.1k
Vanilla GRPO (baseline)8.1k
Self-refinement (control)7.9k
GRPO two-pass self-cascade8.0k
MoA [Wang et al., 2024] (no train)6.9k
Competitive, shared opponent7.4k
Cooperative exchange5.1k
Agon3.5k

实现

Agon 在冻结的基础模型上训练两个低秩适配器(A 和 B)。训练每步执行起草-挑战流程:起草者从纯问题提示生成 $N$ 个 rollout 并获得普通 GRPO 更新;挑战者阅读每个对手的推理总结(不含最终答案)后生成 $N$ 个对应 rollout,并通过竞争性奖励更新。角色每优化步轮换,因此两个适配器交替学习独立解题和基于对手解题。推理时使用相同的两级级联:一个适配器起草,另一个阅读起草总结后给出最终答案。

Figure 2(第 5 页):One Agon step. The drafter A produces N solutions from the plain prompt and receives a vanilla GRPO update on them (its standalone stream); the challenger B reads each opponent's post-reasoning solution summary in-context (final answer withheld), produces one paired rollout per opponent (N total), and receives the competitive reward, which uses the paired draft's outcome for the conversion bonus. Both adapters are updated every step. Roles rotate every optimizer step, so both models train in both streams. A and B are two LoRA adapters over one frozen base.

双 LoRA 策略对 (Dual-LoRA Policy Pair) — 提供两个行为有别的策略,用于起草和挑战。
设计:基于同一冻结基础模型,分别加入秩为 $16$ 的 LoRA 适配器 $\Delta_A$ 和 $\Delta_B$。A 采用标准零初始化,B 初始化为小高斯噪声;两者更新流不同以维持发散。
原理:参数效率高(额外开销约 $2\%$),通过初始化和梯度差异实现策略分歧。

起草-挑战训练步 (Draft-and-Challenge Step) — 实现双边信息交换和不对称训练。
设计:每步指定一个起草者和一个挑战者。起草者从题面生成 $N$ 个解 $\{a_i\}$,用普通 GRPO 更新;挑战者接收每个对手的推理总结(丢去原始思考链,隐藏最终答案),生成 $N$ 个配对回答 $\{b_i\}$,并计算竞争性奖励。两种更新的优势在各自组内计算。角色每步互换。
原理:起草者保持独立解题能力,挑战者学习利用对手信息并适应困难上下文;轮换使两个模型均获得两种梯度。

竞争性奖励 (Competitive Reward) — 为挑战者提供激励,使其击败对手。
设计:奖励形式为 $R(b_i) = 2c(b_i) + c(b_i)(1-c(a_i))$(加上格式项),其中 $c(y)$ 是正确性。在对手失败时正确解题获得更高奖励(3 vs 2)。要求组内对手上下文不同以保证梯度方向。
原理:转化奖励 $c(b_i)(1-c(a_i))$ 将正确性权重与对手难度耦合,既奖励正确性又鼓励在对手失败处解题。与简单 margin 或共享对手相比,它在组相对标准化后仍能提供梯度。