在模型后训练和任务适配中,SFT 与 RL 是两类常见方法:前者让模型模仿给定数据,后者让模型根据奖励或偏好信号继续优化。它们既可以用于大语言模型对齐,也可以用于更一般的策略学习、能力迁移和目标任务适配。
本文主要以语言模型后训练为例,讨论两者和 KL 散度之间的关系:SFT 更接近正向 KL,RL 中的 KL 约束则通常为反向 KL。
一、SFT 与 RL 目标差异
| 阶段 | 主要目标 | KL 类型 | 公式形式 | 行为倾向 |
|---|
| SFT | 模仿数据分布 | 正向 KL | DKL(Pdata∥Pθ) | 模式覆盖,学习数据中出现过的行为 |
| RLHF/RLAIF | 最大化奖励,并约束偏离参考模型 | 反向 KL | DKL(Pθ∥Pref) | 在参考模型附近追求高奖励输出 |
其中:
- Pdata 表示监督微调数据所诱导的目标分布;
- Pθ 表示当前模型分布;
- Pref 通常表示 SFT 后冻结的参考模型分布。
二、SFT 与正向 KL
1. SFT 的交叉熵目标
SFT 通常使用 next-token prediction 的交叉熵损失。以一个 prompt x 和回复 y 为例,可写为:
LSFT=−E(x,y)∼Pdata[logPθ(y∣x)]
对固定的数据分布 Pdata,该目标等价于最小化交叉熵:
H(Pdata,Pθ)=−Ey∼Pdata[logPθ(y∣x)]
又因为
H(Pdata,Pθ)=H(Pdata)+DKL(Pdata∥Pθ)
当 Pdata 固定时,H(Pdata) 与模型参数 θ 无关,因此:
argθminH(Pdata,Pθ)=argθminDKL(Pdata∥Pθ)
这就是“SFT 对应正向 KL”的来源。
2. 正向 KL 的行为倾向
正向 KL 的形式为:
DKL(Pdata∥Pθ)=Ey∼Pdata[logPθ(y∣x)Pdata(y∣x)]
期望来自数据分布 Pdata。这意味着:只要某类回复在数据中出现,模型就会被要求提高它的概率;如果 Pdata(y∣x)>0 但 Pθ(y∣x) 很小,损失会很大。
因此,正向 KL 通常体现出 mode covering 的倾向:
- 对数据分布覆盖到的行为保持敏感;
- 尽量避免遗漏训练数据中的模式;
- 当同一类问题存在多种有效回答方式时,倾向于把概率质量分配给多个模式。
这也是 SFT 适合作为对齐第一阶段的原因:它能把模型拉向人类示范数据所覆盖的行为区域,使模型获得基本的指令跟随能力、格式习惯和回答风格。
3. SFT 的局限
普通 SFT 只知道“这个样本应该被模仿”,并不直接知道“这个样本比另一个样本好多少”。如果数据中混有质量差异较大的回答,交叉熵会按照数据出现频率推动模型拟合它们,而不是显式地对高质量回答加权、对低质量回答降权。
因此,更准确的说法不是“SFT 无法降低不良输出概率”,而是:在没有偏好标签、奖励模型或数据重加权的情况下,SFT 缺少显式区分输出质量的优化信号。
三、RL 与反向 KL
1. KL 正则化的 RL 目标
在 RLHF/RLAIF 中,策略模型 πθ 会根据奖励模型或偏好信号继续优化。常见目标可以抽象为:
θmax Ey∼πθ(⋅∣x)[R(x,y)]−βDKL(πθ(⋅∣x)∥πref(⋅∣x))
其中:
- R(x,y) 是奖励函数或奖励模型给出的分数;
- πref 是冻结参考模型,常由 SFT 模型复制而来;
- β 控制 KL 约束强度,β 越大,模型越不容易偏离参考模型。
这里的 KL 项是:
DKL(πθ∥πref)=Ey∼πθ[logπref(y∣x)πθ(y∣x)]
期望来自当前策略 πθ,所以它是以当前模型采样结果为基准,惩罚这些结果偏离参考模型太远。这就是“RL 中常见 KL 约束对应反向 KL”的含义。
2. KL 约束的作用
如果只最大化奖励,模型可能利用奖励模型漏洞,生成高分但不自然、不真实甚至无意义的回答。这类现象通常被称为 reward hacking。
反向 KL 约束的作用是把策略限制在参考模型附近:
- 防止模型跑到参考模型极低概率的区域;
- 降低奖励过优化带来的语言质量崩坏;
- 保持 SFT 阶段学到的格式、语气和基本能力;
- 允许模型在参考模型覆盖的空间内重新分配概率质量。
需要注意,语言模型经过 softmax 后通常不会给 token 严格的 0 概率,因此这里的“不能去参考模型为零的区域”更多是直觉说法。实际训练中,更常见的是:参考模型概率越低的输出,当前策略若给出较高概率,就会付出越大的 KL 代价。
3. 最优策略的直观形式
KL 正则化 RL 有一个很有用的理解方式。对固定输入 x,如果忽略参数化限制,目标
πmax Ey∼π[R(x,y)]−βDKL(π∥πref)
对应的最优策略满足:
π∗(y∣x)∝πref(y∣x)exp(βR(x,y))
这个式子说明了 RL 阶段的本质:不是凭空创造一个新分布,而是在参考模型分布上按奖励进行指数重加权。
- 奖励越高的回答,概率被放大;
- 参考模型原本概率很低的回答,即使奖励较高,也会受到先验概率限制;
- β 越小,奖励重加权越激进;β 越大,策略越接近参考模型。
这比简单说“RL 追求高分”更完整:RL 确实追求高奖励,但它是在 KL 约束下追求高奖励。
参考文献
- Howard Chen, Noam Razin, Karthik Narasimhan, Danqi Chen. Retaining by Doing: The Role of On-Policy Data in Mitigating Forgetting. arXiv:2510.18874, 2025. https://arxiv.org/abs/2510.18874