arxiv.org·2026/10/22
ToM2Vec针对LLM智能体用文本表达伙伴意图会固化为单一估计,通过自对弈训练主智能体从自身局部上下文预测固定预算的连续潜在token,以余弦相似度对齐伙伴实际推理轨迹的隐藏状态作为自监督信号,测试时再以这些token条件化后续推理与动作。在Overcooked、谈判、Decrypto、Hanabi等多个协作/竞争/混合动机环境中,较Qwen3-8B一致提升:Overcooked平均分高12.0,谈判成交率从62.0%到71.0%,并超过Prompted ToM、SimToM、Adaptive ToM和Language ToM;搭配未见过的GPT-5.4伙伴平均再高17.3。分析表明其伙伴信念/欲望/行动推断最准,正常上下文token对真实推理最低困惑率98.6%。局限包括训练需访问伙伴CoT并共享表示空间、需训练阶段、仅英语。
为什么重要 面向多智能体协调工程:用潜空间替代文本表达伙伴心理,训练成本低且可泛化到更强的前沿模型,对 agent 协作系统有直接借鉴。适合 面向多智能体 agent 系统、LLM 推理训练工程、潜空间推理方向的研究与工程人员
形成准确的 theory-of-mind(ToM)是成功多智能体协作的关键,并且需要在不确定性下进行推理,以捕捉多个可能的伙伴状态。在大型语言模型(LLM)智能体原生的文本表示空间中,这很难做到,因为它更容易描述单个伙伴状态。
为应对这一挑战,我们引入 ToM2Vec,它通过固定预算的连续推理 tokens,在丰富的潜空间中学习形成抽象的 theories-of-mind。在训练期间,这些 tokens 的监督来自伙伴的实际想法,ToM tokens 被训练去抽象并匹配这些想法。
在测试时,ToM tokens 由每个智能体生成,并作为该智能体思想和行为的条件信号。在覆盖协作、竞争和混合动机设置的多个环境(Overcooked-AI、多方谈判、Decrypto、Hanabi 以及 Collab Escape/Capture)中,我们评估了 ToM2Vec 支持多智能体交互和协作的能力,发现它相对基础模型以及多种具有竞争力的训练和提示基线均有一致提升。
我们表明潜空间推理至关重要,当推理以文本表达时性能会下降。此外,我们表明 ToM2Vec 训练可泛化到训练时未见过的伙伴模型家族,包括一个专有模型(GPT-5.4)。
在我们的分析中,我们提供证据表明潜空间 tokens 编码的是 ToM,而不是任务特定信息:ToM2Vec 的 tokens 提升了智能体直接回答关于伙伴信念、欲望和下一步行动问题的能力。
Forming an accurate theory-of-mind (ToM) is key to successful multi-agent collaboration and requires reasoning under uncertainty to capture multiple possible partner states.
This is hard to do in the text representation space native to large language model (LLM) agents, which more easily describe a single partner state.
To address this challenge, we introduce ToM2Vec, which learns to form abstract theories-of-mind in a rich latent space via a fixed budget of continuous reasoning tokens.
During training, supervision for these tokens comes from the partner's actual thoughts, which the ToM tokens are trained to abstract and match.
At test-time, ToM tokens are generated by each agent and act as conditioners for that agent's thoughts and actions.
Across several environments covering collaborative, competitive, and mixed-motive settings (Overcooked-AI, multiparty negotiation, Decrypto, Hanabi, and Collab Escape/Capture), we evaluate ToM2Vec's ability to support multi-agent interactions and collaboration, finding consistent improvements over the base model and a variety of competitive trained and prompted baselines.
We show that latent reasoning is critical, with performance dropping when reasoning is expressed in text.
Moreover, we show that ToM2Vec training generalizes to partner model families not seen at train-time, including a proprietary model (GPT-5.4).
In our analysis, we provide evidence that the latent tokens encode a ToM, rather than task-specific information: ToM2Vec's tokens improve the agent's ability to directly answer questions about partner beliefs, desires, and next actions.
注释 · 所有方法均基于 Qwen3-8B;Oracle Partner 有特权访问伙伴 context,是理论上界。出自 表1·平均分
正常context
Altered Layout
Adversarial In
最低困惑率
注释 · PPL 越低表示 latent tokens 越能预测伙伴真实推理;两个破坏性 context 均显著更高。出自 表8



EVIDENCE / METHODS
参数清单
基座模型Qwen3-8B,**K=10**个潜在token,纯 术语解释主 agent 与伙伴由同一模型参数化,相互生成训练信号 训练
注释 · 五个环境覆盖合作、混合动机、竞争场景;ToM 损失是唯一训练信号,不直接优化任务奖励。出自 §2.3、§3.1-3.2
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