Large language models (LLMs) are trained and tested extensively on symbolic representations such as code and graphs, yet real-world user tasks are often specified in natural language. To what extent can LLMs generalize across these representations? Here, we approach this question by studying isomorphic tasks involving procedures represented in code, graphs, and natural language (e.g., scheduling steps in planning). We find that training LLMs with popular post-training methods on graphs or code data alone does not reliably generalize to corresponding natural language tasks, while training solely on natural language can lead to inefficient performance gains. To address this gap, we propose a two-stage reinforcement learning curriculum that first trains on symbolic, then natural language data. The curriculum substantially improves model performance across model families and tasks. Remarkably, a 1.5B Qwen model trained by our method can closely match zero-shot GPT-4o in naturalistic planning. Finally, our analysis suggests that successful cross-representation generalization can be interpreted as a form of generative analogy, which our curriculum effectively encourages. The dataset and code used in this paper can be found \href{https://github.com/fangru-lin/procedure_generalization_llm}{here}.


翻译:大型语言模型(LLMs)在代码和图等符号化表示上进行了大量训练与测试,然而现实中的用户任务通常以自然语言描述。这些模型在不同表示形式间的泛化能力如何?本文通过研究以代码、图和自然语言(如规划中的步骤调度)表示的过程间构任务来探讨这一问题。我们发现,仅使用图或代码数据对LLMs进行主流后训练方法,无法可靠地泛化至对应的自然语言任务;而仅使用自然语言训练则可能导致性能提升效率低下。为解决这一差距,我们提出一种两阶段强化学习课程:先训练符号化数据,再训练自然语言数据。该课程显著提升了不同模型族与任务下的模型性能。值得注意的是,采用我们方法训练的1.5B Qwen模型在自然语言规划任务中几乎能够匹敌零样本GPT-4o。最后,分析表明,成功的跨表示泛化可被解释为一种生成式类比,而我们的课程有效促进了这种类比。本文使用的数据集和代码可在\href{https://github.com/fangru-lin/procedure_generalization_llm}{此链接}获取。

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