本文由清华大学、上海人工智能实验室、上海交通大学等机构联合完成。第一作者为上海 AI Lab 博士生樊钰辰，研究方向是 Agent 以及强化学习；通讯作者为清华大学周伯文教授。

此前的 Agentic Search RL 任务大多采用真实搜索引擎，导致训练效率低，速度慢，稳定性差。ZeroSearch探索利用另一个模型提供信息的训练方法，取得了较好的表现。然而，模型依赖自身世界知识能够达到的上限，以及如何有效利用自身世界知识，降低幻觉仍然是一个值得探究的问题。为研究这些问题，本文引入SSRL。

SSRL 利用结构化的 prompt 和 format reward，有效地提取出了模型中的 world knowledge，在各个 benchmark 上取得了更好的效果，有效地降低了模型的幻觉。本文接着探索训练 agent 是否需要真实环境的参与，并发现在接入真实搜索引擎后，经过 SSRL 训练的模型可以取得更好的效果，体现了Sim2Real的有效性。

本研究探索 SSRL，通过大语言模型 (LLM)内部世界知识的利用，可以显著提升 Search Agent 的训练效率和稳定性。实验证明，该方法在多种基准测试中优于传统基于外部搜索引擎的方法，同时首次在 LLM 智能体领域实现了从模拟到真实 (Sim2Real) 的有效迁移。

1.全真实搜索 (Full-Real Search)：直接调用商业搜索引擎 API 或检索增强生成 (RAG) 本地知识库

2.半真实搜索 (Semi-Real Search)：使用辅助 LLM 模拟搜索引擎行为

综上所述，目前的 Search Agent 训练非常昂贵，耗时，且不稳定。

如何能够降低训练成本与训练时间，同时能够稳定地训练 Search Agent 呢？

面对这些问题，我们首先进行了对于 LLM 依赖自身世界知识所能达到的效果的上限的探究。我们利用 structured prompt 诱发 LLM 自发地利用世界知识，并且通过 pass@k 证明了其极高的上限。受此启发，我们尝试用 RL 进一步强化模型利用自身世界知识的能力，探索 SSRL 的效果。在此基础上，我们首次在 LLM Agent 领域提出 Sim2Real，并验证 SSRL 训练的模型在真实场景的泛化性。

此前已经有研究证明 LLM 通过重复采样的方式可以在数学和代码取得极高的通过率，然而对于 LLM 利用自身世界知识回答 Search QA 类问题的上限还有待研究。我们首先使用一个 formatted instruction 来显式地利用模型内部知识（Self-Search）。

我们在大量的模型（包括 Qwen2.5，Qwen3，Llama3.1，Llama3.2）上进行了大量采样，实验结果显示，仅依赖模型内部知识，就可以在所有的 benchmark 上获得明显的效果提升，如 Llama-3.1-8B-Instruct 在 Bamboogle 上 pass@64 达到了 76% 的正确率，在 BrowseComp 上 pass@256 达到了 10% 的正确率。同时我们发现在这类任务上 Llama 系列效果远超 Qwen 系列，这和 math 上的结论恰恰相反。

受启发于 Long-CoT LRM 的惊人表现，我们探究了 Long-CoT 对知识类的问题是否会有更好的表现。我们进行了三种 setting 的检验：

实验结果显示，过多的 thinking，或者 multi-turn 的生成在给定相同 token budget 的情况下未必可以取得更好的效果，这也和之前的 reasoning 工作中的结论相左。

证明了 Self-Search 具有极高的上限后，我们尝试使用 Majority Voting 的方法进行投票选择。实验结果显示，仅仅依赖答案进行投票的方式无法逼近模型能力的上限，并且在增加参与 majority voting 的采样数量时，效果也不会获得进一步的提升。如何逼近 self-search 的 upper-bound 仍然是一个问题。

由于 R（检索信息）来自策略本身，优化目标方程可以简化为一个标准的 GRPO 优化目标：

标签内的 token，从而强制模型基于查询和推理生成答案，而非简单复制。

由于我们没有人为地干预模型的生成过程，因此需要一个 format reward 去规范模型的格式化输出，以更好地利用内部知识。同时，我们采用 outcome reward 防止 reward hacking，确保奖励的有效性。

我们在 Llama 系列和 Qwen2. 5 系列上进行了训练，实验结果如下：

由于 Search 任务是和真实世界高度相关的，因此能够结合真实搜索去实时地解决问题也是非常重要的。在这个工作中，我们探究了 SSRL 训练的模型是否具有在真实世界搜索并推理的能力，我们称为 Sim2Real。

首先我们进行实验，将前 K 个 Self-Searched Knowledge 用在线搜索获得的结果进行替换，我们发现

此前我们已经证明了，真实世界的知识和模型生成的知识都各有其优越性，如何有机地在 SSRL 的背景下利用他们也是一个值得考虑的问题。我们首次提出 entropy-guided search，我们首先提取出 search content，如果呈现熵增趋势，表明模型具有不确定性，我们应当寻求外部工具的帮助，如果熵减，则使用模型生成的知识。实验结果如下：

实验结果显示，Search 次数相比于之前减少了 20%-42%，而实验效果可以取得一个 comparable 的表现，但这只是一个初步的尝试，更精细的结合方法仍是一个问题。

我们尝试 SSRL 和 TTRL 相结合，证明 SSRL 的泛化性和有效性。可以发现，当使用 TTRL 时，相比于 GRPO-based SSRL，我们可以取得更好的效果，甚至可以获得 67% 的效果提升。

甚至在最为困难的 BrowseComp 上，我们仍然能够获得稳定的增长。然而我们观察到，使用 TTRL 时，模型会变得过于 confident，模型塌缩到每个问题只会搜索一次，且模型会学会一个捷径，即先指出最后的答案，再通过 search 去 verify。此外，TTRL 也非常容易崩溃，Training reward 会极速下降到 0。

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