Reinforcement learning (RL) has shown promise in enhancing the general Chain-of-Thought (CoT) reasoning capabilities of multimodal large language models (MLLMs). However, when applied to improve general CoT reasoning, existing RL frameworks often struggle to generalize beyond the training distribution. To address this, we propose NoisyGRPO, a systematic multimodal RL framework that introduces controllable noise into visual inputs for enhanced exploration and explicitly models the advantage estimation process via a Bayesian framework. Specifically, NoisyGRPO improves RL training by: (1) Noise-Injected Exploration Policy: Perturbing visual inputs with Gaussian noise to encourage exploration across a wider range of visual scenarios; and (2) Bayesian Advantage Estimation: Formulating advantage estimation as a principled Bayesian inference problem, where the injected noise level serves as a prior and the observed trajectory reward as the likelihood. This Bayesian modeling fuses both sources of information to compute a robust posterior estimate of trajectory advantage, effectively guiding MLLMs to prefer visually grounded trajectories over noisy ones. Experiments on standard CoT quality, general capability, and hallucination benchmarks demonstrate that NoisyGRPO substantially improves generalization and robustness, especially in RL settings with small-scale MLLMs such as Qwen2.5-VL 3B. The project page is available at https://artanic30.github.io/project_pages/NoisyGRPO/.


翻译:强化学习(RL)在增强多模态大语言模型(MLLMs)的通用思维链(CoT)推理能力方面展现出潜力。然而,当应用于改进通用CoT推理时,现有RL框架往往难以泛化至训练分布之外的场景。为解决此问题,我们提出NoisyGRPO——一种系统性多模态RL框架,通过向视觉输入引入可控噪声以增强探索,并借助贝叶斯框架显式建模优势估计过程。具体而言,NoisyGRPO通过以下两点改进RL训练:(1)噪声注入探索策略:使用高斯噪声扰动视觉输入,以鼓励在更广泛的视觉场景中进行探索;(2)贝叶斯优势估计:将优势估计建模为规范的贝叶斯推断问题,其中注入噪声水平作为先验,观测到的轨迹奖励作为似然。此贝叶斯建模融合两类信息源,计算轨迹优势的稳健后验估计,从而有效引导MLLMs优先选择视觉可验证轨迹而非噪声干扰轨迹。在标准CoT质量、通用能力及幻觉基准测试上的实验表明,NoisyGRPO显著提升了泛化能力与鲁棒性,尤其在Qwen2.5-VL 3B这类小规模MLLM的RL场景中表现突出。项目页面访问地址:https://artanic30.github.io/project_pages/NoisyGRPO/。

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