多工具集成推理使基于大语言模型的工具使用智能体能够通过将自然语言推理与外部工具调用交织在一起，来解决复杂任务。然而，仅使用结果奖励来训练此类智能体会面临信用分配模糊的问题，即难以确定哪些中间步骤（或工具使用决策）导致了成功或失败。在本文中，我们提出了 PORTool，一种重要性感知的策略优化算法，该算法从结果层面的监督中强化智能体的工具使用能力，同时在步骤层面分配奖励。具体来说，PORTool 生成一个带奖励的展开树，其中各轨迹在分支前共享前缀，从而能够在相同上下文中对不同的工具使用决策进行直接比较。然后，它通过一个正确性主导信号来估计每个步骤的重要性，即该步骤的后继步骤最终能否产生正确的最终答案，再加上一个辅助项，指示该步骤的工具调用是否成功执行。利用这些步骤级的重要性估计，PORTool 更新策略以生成高效的工具调用步骤，其指导依据既包括每个分支决策内的局部比较，也包括整个轨迹的整体质量。实验表明，与最先进的基线方法相比，PORTool 在提高最终答案准确性的同时减少了工具调用步骤，而消融研究则证实了所提出的步骤级重要性估计的鲁棒性。
- † 普渡大学
- ** 工作完成于苹果公司任职期间
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