论文题目：START: Self-taught Reasoner with Tools

论文链接：https://arxiv.org/pdf/2503.04625

论文简介

Reasoning模型也进化到2.0了，这次居然学会用工具了！✨ 最近有个叫START的方法，让大模型也能学着用工具，比如自己调用代码解释器，来提升推理和解决问题的能力。

具体怎么实现的呢？它会把「思考链」和「工具调用」结合起来，给模型配上了自查、自我探索和自己修bug的能力。简单说，就是教模型边想边动手，用工具解决推理过程中的难题。

具体的训练步骤大概是：

1️⃣ 收集数学和编程题目，比如数学的AIME、MATH，编程的Codeforces、LiveCodeBench这些比赛题目。
2️⃣ 设计一些「友情提示」，比如“这里不如用Python试一下？”
3️⃣ 让模型自己带着工具解题，然后把刚才的提示巧妙地插到推理过程中（通常是在模型犹豫的时候，比如出现「等等…」的地方）。
4️⃣ 对解题过程打分，去掉重复或者没用的步骤，形成高质量的种子数据集。
5️⃣ 用这些种子数据微调模型，让它学到正确的使用工具的思路，并不断“自我精炼”，创造更多解题方案。
6️⃣ 再通过“拒绝采样”技术在更大的数据集上做二次微调，让模型越来越聪明。

研究还发现了几个有趣的现象：

💡 加入工具后，数学题的准确率直接提升了15%，像AMC23考试的正确率达到了95%！编程题的中等难度问题准确率提升更厉害，达到了38.6%！

📈 考试的时候加上一些小提示，也能再提升12%的准确率。
🐞 调整代码模板，训练过程中的debug错误直接少了41%。
💡 给模型加工具（比如Python解释器）带来的提升，比单纯增加训练数据还有效！
🧠 大模型本身其实就已经有使用工具的潜力了，只是需要点拨一下就能激活。
🛠️ 训练的时候用“两阶段”方法（先提示微调再拒绝采样微调），能让模型更好地掌握工具的使用方法。
📍 对了，插入提示的位置也很重要，最好放在连词后（比如“但是”、“等等”之后），停顿之前。

一句话总结：模型加了工具，就像你考试允许开卷一样，效果简直好到飞起！

如上图所示START模型的训练框架，它的训练分为两个阶段：Hint-RFT 和 RFT。

论文效果

1️⃣ Hint-infer（提示推理）：

• 先拿代码和数学数据喂给 QwQ-32B-Preview（一个大模型），它会在特定的地方停下来。
• 这些停顿点会插入一些智能提示（来自一个提示库），比如“这里是不是可以试试Python？”
• 之后，模型会继续推理，并且用代码解释器（Python）来执行代码、检查反馈，确保思路正确。

2️⃣ Hint-RFT（基于提示的拒绝采样微调）：

• 在上一步的基础上，模型生成的推理过程会经过一轮筛选，去掉低质量、重复的内容，并进行一些修改，形成一个高质量的种子数据集 D_seed。
• 然后，QwQ-32B-Preview 会用这些数据进行微调，生成一个初版的 START-0，让它能自己感知并使用工具。

3️⃣ RFT（拒绝采样微调）：

• START-0 开始自我蒸馏，自己生成更多解题思路，构建一个更丰富的训练数据集 D_START（这个数据集不仅更有多样性，还强化了工具使用模式）。
• 最后，用这个扩展版数据集再微调一次，最终得到完整的 START 模型。

简单来说，这个流程的关键就是：

• 先让模型学会用提示来调用工具
• 再筛选高质量的解题过程进行微调
• 让模型自己生成更多推理过程，最后再训练一遍

这张图对比了 QwQ-32B-Preview 和 START 在处理 LiveCodeBench（难度：hard）编程题时的表现。

📌 QwQ-32B-Preview：

• 采用 长链推理（CoT），自己反思、尝试不同的方法，逻辑看起来很严谨。
• 但在分析复杂测试用例时容易“幻觉”，也就是推理时编出一些错误的假设，导致最终解法是错的。

📌 START：

• 继承了 QwQ-32B-Preview 的推理框架，但 加入了代码执行能力，让模型可以真正跑代码来验证自己的推理。
• 具体做了什么？
  1️⃣ 执行代码：用解释器跑代码，看看结果对不对。
  2️⃣ 检测错误：如果输出和预期不匹配，说明哪里有问题。
  3️⃣ 迭代分析 & 调试：自动找 bug、分析错误，修正代码。
  4️⃣ 输出最终答案：确保解法正确再交卷！

总体来看，QwQ-32B-Preview 虽然思考方式不错，但容易犯错。START 靠工具（代码执行）补上漏洞，推理更严谨，答案更靠谱！