AutoEnv: Automated Environments for Measuring Cross-Environment Agent Learning

Jiayi Zhang, Yiran Peng, Fanqi Kong, Cheng Yang 等 2025-12-03
智能体学习 跨环境泛化 环境自动生成 强化学习 LLM Agent

一句话总结

AutoEnv 提出了一个自动生成异构环境的框架,并构建了 36 个多样化环境的基准数据集 AutoEnv-36,系统性地揭示了固定学习方法无法在异构环境中有效泛化的现象,指出跨环境智能体学习需要环境自适应的策略选择。

背景与前置知识

理解本论文需要以下基础概念:

  • 智能体(Agent):能够感知环境、做出决策并执行动作的程序。大语言模型(LLM)可以作为智能体的"大脑",通过自然语言与环境交互。
  • 环境(Environment):在强化学习框架中,环境定义了状态空间、动作空间、转移函数、奖励函数和观测函数。智能体通过与环境交互来学习和改进。
  • 跨环境学习(Cross-Environment Learning):与在单一环境中反复训练不同,跨环境学习要求智能体从多个规则不同的环境中提取通用的学习策略。就像人类既会下棋、又会打游戏,还能在不同游戏之间迁移经验。
  • MDP/POMDP:马尔可夫决策过程(MDP)和部分可观测 MDP 是强化学习的理论基础,定义了状态 S、动作 A、转移 T、奖励 R、观测 Ω 等核心要素。
  • 自进化/Agentic Learning:智能体通过自身与环境交互的经验来改进内部组件(提示词、代码、模型等),而非仅依赖人工设计。

核心思想详解

本论文的核心动机可以用一个类比来理解:在学校里,一个学生如果只做数学题,可能考试成绩很好,但换到物理考试就不行了。真正的学习能力应该体现在:不管面对什么新科目,都能快速适应并进步。

目前智能体学习面临两个关键缺失:

缺少多样化的环境集合:现有研究大多在单一类型环境(如编程、搜索、游戏)中测试智能体,缺乏一个涵盖不同奖励机制、观测条件和语义规则的标准环境集合。

缺少统一的学习表示方法:不同工作修改提示词、代码或工作流来让智能体"学习",但各自为政,无法跨环境比较和复用。

AutoEnv 的解决方案是:(1) 用代码自动生成环境——给定一个环境主题,框架自动生成完整的可执行环境代码,并通过三阶段验证确保质量;(2) 用统一的框架表示学习——将智能体学习形式化为"选择→优化→评估"三阶段流程,学习方法的差异仅在于选择策略、优化信号和目标组件的组合不同。

方法逐步拆解

关键公式/算法解读

实验设计分析

关键图表

局限性