CARE: Competence-Aware Reward Shaping for Adaptive Reasoning Length in Video-MLLMs

TL;DR

CARE通过能力感知奖励调整优化视频多模态推理长度,提升推理准确性和效率。

cs.CV 🔴 高级 2026-06-18 28 次浏览
Chengwen Liu Hao Peng Jisheng Dang Hong Peng Bin Hu Tat-Seng Chua
强化学习 多模态学习 视频推理 奖励调整 推理效率

核心发现

方法论

CARE框架通过指数移动平均计算模型能力,分阶段调整奖励偏好,从探索性长推理转向高效简洁推理。引入批次统计归一化推理努力,并通过后验放大器增强对困难样本的奖励信号。

关键结果

  • CARE在多种视频推理基准上提升推理准确性和稳定性,显著提高令牌效率。
  • 训练中推理长度呈现倒U型轨迹,收敛时生成更短但信息量更大的推理链。
  • 与基线相比,CARE在MVBench上准确率提升了5%。

研究意义

CARE通过动态调整推理长度,解决了传统方法中固定推理长度控制的不足,显著提升了视频多模态推理的效率和准确性,具有广泛的学术和工业应用潜力。

技术贡献

CARE引入了能力感知的奖励调整机制,与现有方法相比,提供了更灵活的推理长度控制,支持复杂推理任务的高效解决。

新颖性

CARE首次将能力感知引入视频多模态推理的奖励调整,动态适应模型能力变化,优化推理资源分配。

局限性

  • CARE在处理极端复杂的视频序列时可能表现不佳,需进一步优化。
  • 对批次大小和数据分布敏感,可能影响模型的泛化能力。

未来方向

未来工作可探索CARE在其他多模态任务中的应用,优化对不同数据分布的适应性,提升模型的泛化能力。

AI 总览摘要

在多模态视频推理中,传统方法通常依赖于固定的推理长度控制策略,难以适应模型能力的动态变化。这可能导致在早期阶段抑制必要的探索,而在模型能力增强后又导致冗余推理和低效解码。CARE框架通过能力感知的奖励调整,动态优化推理长度,提升推理准确性和效率。

CARE通过指数移动平均计算模型的能力估计,并将训练分为多个阶段,从探索性长推理转向高效简洁推理。通过批次统计归一化推理努力,并引入后验放大器增强对困难样本的奖励信号。实验结果表明,CARE在多个视频推理基准上提升了推理准确性和稳定性,显著提高了令牌效率。

CARE的创新在于其动态调整推理长度的能力,解决了传统方法中固定推理长度控制的不足。未来工作可探索CARE在其他多模态任务中的应用,优化对不同数据分布的适应性,提升模型的泛化能力。

深度分析

研究背景

多模态语言模型(MLLMs)在处理图像、文档、图表和视频等异构输入的推理任务中表现出色。视频问答(VideoQA)尤其具有挑战性,因为成功的预测不仅依赖于识别视觉内容,还需要跟踪时间变化、跨帧关联证据,并在动态视觉流上进行多次中间推理。为了提高此类组合问题的可靠性,近年来的后训练方法越来越鼓励模型在给出最终答案之前生成明确的思维链(CoT)推理。

核心问题

现有方法通常使用固定的推理长度控制策略,无法适应模型能力的动态变化。这种不匹配可能在早期阶段抑制必要的探索,而在模型能力增强后导致冗余推理和低效解码。推理长度不应被视为推理质量的固定代理,而应视为可控的推理预算,其理想分配取决于模型能力和实例难度。

核心创新

CARE通过能力感知的奖励调整,动态优化推理长度。• 通过指数移动平均计算模型能力,分阶段调整奖励偏好。• 引入批次统计归一化推理努力,避免将冗长与任务复杂性混淆。• 通过后验放大器增强对困难样本的奖励信号。

方法详解

  • �� 使用指数移动平均计算模型能力估计。• 将训练分为多个阶段,从探索性长推理转向高效简洁推理。• 引入批次统计归一化推理努力,避免将冗长与任务复杂性混淆。• 通过后验放大器增强对困难样本的奖励信号。

实验设计

实验在多个视频推理和一般视频理解基准上进行,使用Video-R1-260k数据集进行训练。实验结果表明,CARE在多个视频推理基准上提升了推理准确性和稳定性,显著提高了令牌效率。

结果分析

CARE在多个视频推理基准上提升了推理准确性和稳定性,显著提高了令牌效率。训练中推理长度呈现倒U型轨迹,收敛时生成更短但信息量更大的推理链。

应用场景

CARE可用于视频问答、视频内容分析等多模态任务,提升推理效率和准确性。适用于需要动态调整推理长度的复杂推理任务。

局限与展望

CARE在处理极端复杂的视频序列时可能表现不佳,需进一步优化。对批次大小和数据分布敏感,可能影响模型的泛化能力。未来工作可探索CARE在其他多模态任务中的应用,优化对不同数据分布的适应性,提升模型的泛化能力。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在一个厨房里做饭。传统的方法就像是规定每道菜都必须用同样的时间和步骤来做,不管这道菜有多复杂。CARE就像是一个聪明的厨师,能够根据每道菜的复杂程度和你的厨艺水平,动态调整每道菜的烹饪时间和步骤。这样,你就不会在简单的菜上浪费太多时间,也不会在复杂的菜上偷工减料。通过这种方式,CARE帮助你在厨房里更高效地工作,做出更美味的菜肴。

简单解释 像给14岁少年讲一样

嘿,小伙伴!想象一下你在玩一个超级复杂的游戏。传统的方法就像是让你每次都用同样的时间和策略去打怪,不管这个怪有多强。CARE就像是一个聪明的游戏助手,它会根据每个怪物的难度和你的游戏水平,动态调整你的游戏策略和时间。这样,你就不会在简单的怪物上浪费太多时间,也不会在强大的怪物上手忙脚乱。通过这种方式,CARE帮助你在游戏中更高效地打怪,取得更好的成绩!

术语表

强化学习 (Reinforcement Learning)

一种通过奖励和惩罚来训练模型的方法,旨在使模型在特定任务中表现最佳。

用于优化视频多模态推理的推理长度。

多模态学习 (Multimodal Learning)

一种同时处理多种类型数据(如图像、文本、视频等)的学习方法。

在视频推理中处理视频和文本输入。

思维链 (Chain-of-Thought)

一种推理方法,通过生成一系列中间步骤来达到最终答案。

用于提高推理的准确性和透明度。

奖励调整 (Reward Shaping)

通过修改奖励信号来引导模型学习的技术。

用于动态调整推理长度。

后验放大器 (Posterior Amplifier)

一种增强奖励信号的机制,用于对困难样本的强表现进行奖励。

在CARE中用于增强对困难样本的奖励信号。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在更广泛的多模态任务中应用CARE?
  • 2 CARE在处理极端复杂的视频序列时的表现如何优化?

应用场景

近期应用

视频问答

通过动态调整推理长度,提高视频问答系统的准确性和效率。

远期愿景

多模态推理

在更广泛的多模态任务中应用CARE,提升推理效率和准确性。

原文摘要

In multimodal video reasoning, reinforcement learning-based methods typically rely on simplistic and inflexible reasoning-length control strategies that fail to adapt to the model's evolving competence. This mismatch may suppress necessary exploration at early stages, while encouraging redundant reasoning and inefficient decoding once the model becomes more competent. In this paper, we propose CARE, a competence-aware reward shaping framework for adaptive reasoning length optimization in multimodal reasoning. Specifically, CARE maintains a smoothed competence estimate via an exponential moving average of pass rates, and uses it to route training into progressive stages that shift the reward preference from exploration-oriented long-form reasoning to efficiency-oriented concise reasoning. To avoid conflating verbosity with intrinsic task complexity, CARE further normalizes reasoning effort with batch-level statistics, and introduces a posterior amplifier to strengthen reward signals for unexpectedly strong performance on historically difficult samples. The proposed mechanism is seamlessly integrated into the GRPO training pipeline and incurs no additional inference-time overhead. Extensive experiments on multiple video reasoning and general video understanding benchmarks demonstrate that CARE consistently improves reasoning accuracy, stabilizes reinforcement learning, and significantly enhances token efficiency. Moreover, CARE exhibits a characteristic inverted-U trajectory of reasoning length during training, and yields shorter yet more informative reasoning traces at convergence, indicating effective adaptive allocation of reasoning budget. We provide the source code for our proposed CARE framework and experiments at https://github.com/1Pansy/Video-CARE.

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