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研究者用搜索记录微调小模型,提升数学与编程优化任务表现

2026-07-01 / 共 2,912 字

Open-Galapagos / EFT Project Page

大语言模型与进化搜索结合,已在数学猜想、GPU 内核设计、科学定律发现和组合谜题等优化任务上取得进展,包括改进 Erdős 最小重叠问题的已知结果。但研究者注意到,许多方法仍针对单个任务运行搜索,过程中积累的修改和回溯经验,没有被系统地训练成可用于新任务的能力。

明尼苏达大学、CMU、KAIST 等机构的研究者在一篇新论文中提出了 Evolution Fine-Tuning(EFT),试图改变这一点。他们把搜索过程中候选解如何修改、评分如何变化的记录整理成训练样本,用来微调小模型。目标是让模型面对新任务时,更善于提出下一步改进。

现有方法多围绕单个任务搜索,经验难以复用

论文将现有方法概括为两类。这里的进化搜索,是反复生成候选解、评估结果并保留较优方案的过程。

测试时搜索(test-time search) 不更新模型权重,而是让模型提出候选解的修改方案,由外部搜索框架选择已有解、管理候选集合并提供反馈。AlphaEvolve、OpenEvolve、ShinkaEvolve、EvoX 等属于这一路线。许多系统采用大型闭源模型,以获得较稳定的修改建议。作者在实验中观察到,未经这种训练的 9B 以下开放模型较难沿搜索过程持续改进,表现明显弱于大型模型。

测试时学习(test-time learning) 则在搜索过程中通过强化学习更新权重,让模型适应当前任务。ThetaEvolve 和 TTT-Discover 已借此改进若干数学问题的已知最优解。不过,这类训练主要服务于当前搜索,没有专门把不同任务中的经验整合起来,供下一项任务复用。

EFT 希望补上的,正是跨任务积累和复用经验这一步。

从 371 项任务收集记录,再筛选有效改进用于训练

作者把 EFT 称为中间训练阶段(mid-training):在模型面对新任务前,先用已有搜索记录练习如何修改解法,之后还可以接入搜索或继续强化学习。

具体来说,研究者构建了 Finch Collection——一个包含 156,731 条进化搜索轨迹的大规模数据集,覆盖 10 个领域、371 个优化任务。构建过程分三步:

  1. 收集种子任务:从 10 个已有 benchmark(包括 AlphaEvolve 数学问题、FrontierCS 竞争编程、ALE-Bench 算法工程、GPU Mode kernel 优化、LLM-SRBench 符号回归等)中选取需要非平凡搜索、能用确定性评估器给出连续或可比较分数的任务。
  2. 运行进化搜索:由教师模型 Qwen3.5-397B-A17B 提出修改,使用 OpenEvolve 搜索框架运行每个任务,同时尝试局部修改(diff-based edit)和整体重写(full rewrite),共生成 172,997 条原始轨迹。
  3. 过滤清洗:剔除评测器错误、超时、语法错误等系统性故障,以及把有效解改坏、无法修复或文本过长等样本,最终保留 90.6%,即约 156K 条轨迹。

每条记录对应一次从已有解到新候选解的修改过程:任务指令、父代解、搜索历史、评估器反馈、生成解、分数变化。数据集的编程语言分布为 68.5% Python + 31.5% C++,变异策略分布接近 50:50。

研究者从 355 个任务中选取让评估结果变好的记录,另外留出 16 项任务用于测试。最终用于监督微调(SFT)的样本为 30,445 条,对 Qwen3.5(2B/4B/9B)和 Qwen3-8B 进行全参数训练,得到 Finch 系列模型。不同任务的评分方向不同,改进可能意味着分数升高,也可能意味着误差降低。

新任务整体表现提升,部分任务仍会退步

将 Finch 接入 OpenEvolve 提出候选修改后,作者在 22 项未用于训练的任务上报告了平均 10.22% 的相对提升。各项任务使用不同指标,结果也并非全部提高:部分模型在 Hadamard 或 EPLB 等任务上出现退步。具体例子包括:

  • Finch-9B 在算法工程任务 ahc058 上相对原模型提升 290.59%;Transaction 数据库优化任务中,提升 74.30% 的是 Finch-4B。
  • Finch-4B 在 Erdős 问题上达到 0.3865(越低越好),优于两倍参数量的 Qwen3-8B 的 0.4036,显示出针对性训练在这项任务上的作用。
  • 在 6 道 FrontierCS 优化编程题上,Finch-9B 平均得分 46.01,高于 Qwen3.5-9B 基座的 32.46。这组题目中有一道来自 UC Berkeley 的 CALICO 竞赛。

作者还把训练任务数从 15 增加到 355,在 AC2、圆形填充和 PRISM 三项留出任务上观察到持续改善,平均提升 14.1%。这支持继续扩充任务种类的方向,但尚不能单独分离任务多样性与数据量增加各自的作用。

研究还发现,在 SFT 基础上进一步用 KTO 做偏好学习(让模型学会区分好解和坏解),Finch-8B 在第一和第二自相关不等式(AC1/AC2)上超越了论文列出的人类最佳分数。当 Finch-8B 与测试时强化学习工具 nanodiscover(TTT-Discover 的开源复现)结合时,在两个圆形填充(circle-packing)任务上追平论文列出的最优结果。

模型尝试借用其他领域的方法改进解法

论文还分析了模型在个别任务中怎样选择方法。在一个竞争编程任务中,基座模型 Qwen3.5-9B 只反复尝试同一种领域内策略——Gauss-Seidel 统一权重。Finch-9B 则尝试了其他领域的方法:将推荐系统中的 log-domain 交替最小二乘法、数值优化中的 Levenberg-Marquardt 方法应用到竞争编程问题的求解中。

另一个案例显示,Finch-9B 在 Convolve2D 任务上主动将实现从 scipy 切换为 jax 以提升计算效率——研究者推测这是因为 Finch Collection 中大量涉及 jax 库的轨迹(来自不确定性不等式和矩阵乘法任务)让模型内化了"用 jax 加速"这一跨域可迁移的模式。

训练后的模型仍需搜索框架,跨框架效果尚待验证

EFT 把搜索记录用于训练,改进了框架中负责提出候选解的模型。部署时,评估器、候选解管理和搜索预算仍然不可少。

模型可以在搜索中保持权重不变,也可以继续通过测试时强化学习适应任务。EFT 提供的是一个经过跨任务练习的起点,能否找到更好的解仍取决于具体任务与搜索过程。

论文附录借用了 Vygotsky 的「脚手架」概念来解释两类辅助方式:测试时搜索由外部框架组织改进,测试时学习则让模型根据经验更新自身。作者希望经过 EFT 的模型能在两类框架中都更好地工作;这是一种解释训练目标的类比,实际效果仍要由实验检验。

论文列出了几项限制:目前 Finch Collection 只用 OpenEvolve 收集记录,搜索评估也以此为主,模型换到 EvoX 等其他框架后能否保持优势尚待验证;测试时强化学习的组合实验仅限数学任务,尚未扩展至 GPU 内核工程等应用;当前训练主要使用单轮输入输出,多轮交互中的持续优化仍需探索。

研究团队已将 Finch Collection 数据集及 Finch 模型权重在 Hugging Face 上开源(CC-BY 4.0 / Apache 2.0),并额外发布了使用 GPT-5.4 和 Gemini-3-Flash 作为教师模型的新增轨迹。项目代码托管在 GitHub 的 Open-Galapagos 组织下。

来源

  • Evolution Fine-Tuning: Learning to Discover Across 371 Optimization Tasks · arXiv
  • EFT Project Page · Open-Galapagos

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