冻结权重的 LLM 智能体如何靠反思规则本递归自我改进?

Memento 3 让冻结的 LLM 智能体修订自然语言规则本与经验证的代码世界模型,通关全部 25 个公开 ARC-AGI-3 游戏。

直接答案

Memento 3 保持底层 LLM 权重不变,转而改进智能体的外部世界模型:它把关于环境假设的自然语言规则本编译成可执行代码,在预测出错后修订规则本和代码,并且只有当代码被 LLM 判定忠实于规则本、且逐格回放能复现观测到的状态转移时,更新才被接受。在 ARC-AGI-3 上,单模型智能体通关全部 25 个公开游戏的每一关,平均 RHAE 为 100.0,共使用 7,518 次动作,相当于人类动作数的 44%。

1篇文献引用

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不改模型权重也能自我改进

这篇论文要回答的是:语言模型保持固定时,智能体能否在陌生环境中越做越好。它的做法是把学习状态放到模型之外。Memento 3 维护一份自然语言规则本,作为持久的语义记忆,记录关于物体、动作、动态和目标的假设,这些假设可以修订,未知的部分则有意留空。规则本随后被编译成可执行代码,用于预测和规划。

整个循环是观察、反思、修订规则、编译、验证。预测误差是驱动信号:当编译出的模型预测错了某次状态转移,智能体就修订规则本和对应代码。作者把这一过程称为基于模型的递归自我改进路径,因为经验证的更新会影响之后的探索和学习,智能体学到的东西改变了它接下来收集到的证据。语言模型本身始终不更新。

回放能排除错误模型,却选不出正确规则

论文的出发点是欠定性。有限的交互历史可能同时支持多个世界模型,它们都能复现每一次观测到的状态转移,却对未见过的状态给出不同预测。论文举的例子是:如果观测到的墙都位于第 7 列,“箱子碰到墙会停下”和“箱子碰到第 7 列会停下”可以解释同一段轨迹,但当墙出现在别处时,两者的预测就不同了。

回放可以排除与观测不一致的程序,却无法在彼此一致的候选规则中挑出正确的那条。因此智能体需要把泛化假设明确写出来并允许修订,而不能只保留一个拟合数据的程序。规则本用语言承载这些假设,代码则让它们可执行、可检验。

两道关卡决定更新是否被接受

更新后的可执行代码不会被自动采纳,只有同时满足两个条件才会被接受:LLM 判定代码忠实于规则本,且逐格回放能复现观测到的状态转移。第一道关卡让可执行代码与写下的假设保持一致,第二道关卡让它与记录下来的证据保持一致。

论文的 Pong 案例具体展示了修订过程。最初的四段式反弹假设无法产生水平回球;一次击中球拍中部、让球水平飞回一百多帧的观测否定了它,促使智能体改用以中心为基准的偏转公式。后续更多接触又表明该公式高估了垂直回球速度,于是改为不对称的分段映射,并把垂直速度限制在绝对值 2 以内。每个版本都是被测量结果逼出来的,而不是凭空假设的。

RHAE 100.0 意味着达到人类效率上限

在全部 25 个公开 ARC-AGI-3 游戏上,单模型智能体通关每一关,平均相对人类动作效率(RHAE)达到 100.0,即该指标的上限。RHAE 是按关卡加权的、相对于人类的效率分数,越高越好;要拿到上限分数,必须通关每一关,且按关卡加权的平均效率不低于 1。它与原始动作次数不是同一个量。

动作次数另行报告。智能体用 7,518 次动作通关全部 25 个游戏,人类基线为 17,135 次,比值为 0.44;各游戏比值从 m0r0 的 0.20 到 lf52 的 0.67,中位数为 0.42。在参与比较的系统中,baseline1 是另一个通关全部游戏的方法,RHAE 为 99.0,用了 8,347 次动作(人类预算的 0.49)。NOOA 通关 19 个游戏,RHAE 为 85.1;OPINE-World 通关 20 个,78.4;DreamTeam 通关 6 个,38.1;Continual Harness 通关 3 个,20.5。论文指出,未通关系统的总动作数反映的是未完成的运行,而不是解题成本。

规则本降低收敛成本,群体扩展减少动作

为了单独考察规则本的作用,作者把它从更新循环中移除,同时保持运行框架、回放验证器、计划执行器、骨干模型和推理强度完全一致。由于每次运行成本很高,他们按每关人类动作数划分难度区间,每个区间选一个游戏:ft09(35)、ka59(104)和 cn04(132)。所有运行仍然通关每一关并达到 RHAE 100,因此比较的是收敛成本。带规则本时,三个游戏共用了 617 次动作而非 677 次(减少 9%),智能体轮次为 678 而非 830(减少 18%)。动作数的下降在三个游戏中都成立。

群体扩展同时维护多组规则本与可执行代码的配对,共享交互证据,并在每个规划回合采样其中一组。在 25 个游戏中人类动作基线最高的 wa30 上,把成员数从 1 增加到 2,使计分动作从 899 降到 597(0.66 倍),两组都通关全部九关并达到 RHAE 100;九个关卡中有八关的每关效率持平或更好。作者把这一群体描述为对剩余版本空间的计算近似,而不是经过校准的贝叶斯后验,目的是降低对单一早期模型构建的依赖。

学到的 Pong 控制器无需再调用 LLM 即可取胜

Pong 研究检验的是同一机制的另一种用法:反馈控制,而不是关卡求解。关卡求解规划器被替换成一个策略,它用学到的可执行世界模型预测候选动作的后果,并随着新观测到来选择下一个动作。LLM 只在学习阶段使用,评估时控制器保持固定。

学到的控制器在三个开局不同的评估回合中均以 21:0 获胜,分别用了 3,358、4,014 和 5,039 次动作。学习成本为 9,504 个模拟器帧。论文报告,其表格中无模型和基于模型的基线学习成本分别约为该成本的 2.1×10^4 倍和 42 倍。同一个 LLM 在没有世界模型时得分为 -19,图中随机策略回合得分为 -20。这里的回合得分是智能体得分减去对手得分,范围从 -21 到 +21,与 RHAE 是不同的度量。

证据能确立什么,不能确立什么

ARC-AGI-3 的评估覆盖 25 个公开游戏,论文自己也提醒,仅凭公开集通关无法单独区分世界模型架构的贡献,因为更强的前沿模型已报告在该公开集上饱和或接近饱和。论文主张,比较时还必须考虑模型选择和推理预算,并考察动作效率、重复运行稳定性和留出集评估。报告的运行使用 Claude Opus 5 作为骨干模型,推理强度设为 extra-high。

消融实验覆盖三个游戏,每个难度区间一个;群体实验只在单个游戏上以 N=2 进行;主要实验采用单配对设置。Pong 结果来自三个评估回合。这些就是所报告增益被测量到的边界。

因此,这篇论文真正独特的重点不是基准通关本身,而是两道关卡的分离:语言层面的忠实性判断,以及逐格回放的精确校验。正是这一组合让冻结模型的假设变成可修订、可执行的世界模型;读者判断所报告效率增益能否迁移到新环境时,最该先审视的也是这一机制。

本文引用的文献

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Memento 3: Model-Based Recursive Self-Improvement through Reflective Rulebooks

一个冻结的 LLM 智能体维护自然语言规则本并将其编译为经验证的可执行代码,在全部 25 个公开 ARC-AGI-3 游戏中通关每一关,平均 RHAE 为 100.0,使用人类动作数的 44%;学到的 Pong 控制器在三个回合中以 21:0 获胜,且无需再调用 LLM。