LLM-in-Sandbox：给大模型一台电脑，激发通用智能体能力

大模型的能力正在被不同的范式逐步解锁：In-Context Learning 展示了模型无需微调即可泛化到新任务；Chain-of-Thought 通过引导模型分步推理来提升复杂问题的求解能力；近期，智能体框架则赋予模型调用工具、多轮交互的能力。

沿着这条技术演进路线，下一步是什么？

近日，来自中国人民大学高瓴人工智能学院、微软研究院和清华大学的研究者提出了一个简洁而有效的范式：LLM-in-Sandbox——让大模型在代码沙盒（即虚拟电脑）中自由探索来完成任务。实验表明，这一范式不仅在代码任务上有效，更能显著提升模型在数学、物理、化学、生物医学、长文本理解、指令遵循等多个非代码领域的表现，且无需额外训练，同时显著减少长文本场景下的 token 消耗，并保持相当水平的推理速度。

研究者已将 LLM-in-Sandbox 开源为 Python 包，可与 vLLM、SGLang 等主流推理后端无缝集成。LLM-in-Sandbox 应当成为大模型的默认部署范式，取代纯 LLM 推理。

• 论文标题：LLM-in-Sandbox Elicits General Agentic Intelligence

• 论文链接：https://arxiv.org/abs/2601.16206

• 代码链接：https://github.com/llm-in-sandbox/llm-in-sandbox

• 项目主页：https://llm-in-sandbox.github.io

1. 核心思想：给大模型一台电脑

电脑可能是人类创造的最通用的工具，几乎任何任务都可以通过电脑完成。这种通用性源于三大元能力（Meta-Capabilities)：

• 外部资源访问：通过网络获取信息和知识

• 文件管理：持久化地读写和组织数据

• 程序执行：编写并运行任意程序

正如人类借助电脑完成各种任务，研究者假设：将大模型与虚拟电脑结合，或许能够解锁其通用智能的潜力。

2. LLM-in-Sandbox：

代码沙盒激发通用能力

2.1 轻量级通用沙盒

与现有软件工程智能体（SWE-Agent）需要为每个任务配置特定环境不同，LLM-in-Sandbox 采用轻量级、通用化的设计：

• 基于 Docker 的 Ubuntu 环境

• 仅预装 Python 解释器和基础科学计算库

• 将领域特定工具的获取交给模型自主完成

这种设计带来两个优势：泛化性（同一环境支持多种任务）和可扩展性（无需为每个任务维护独立镜像）。例如，当扩展到数千个任务时，SWE 智能体可能需要高达 6TB 的存储空间用于任务特定镜像，而 LLM-in-Sandbox 仅需约 1.1GB 的共享镜像。

2.2 最小化工具集

研究者为模型配备了三个基础工具：

• execute_bash：执行任意终端命令

• str_replace_editor：文件的创建、查看和编辑

• submit：标记任务完成

这三个工具共同实现了电脑的核心能力，足以支撑复杂任务的完成。

2.3 探索式工作流

LLM-in-Sandbox 采用多轮交互的工作流：模型在每一轮生成工具调用，接收执行结果作为反馈，然后决定下一步行动，直到调用 submit 或达到最大轮次限制。

2.4 实验结果：无需训练的显著提升

研究者在六个非代码领域进行了实验：数学、物理、化学、生物医学、长文本理解和指令遵循。

实验结果表明，强大的语言模型在 LLM-in-Sandbox 模式下获得了一致性的提升。值得注意的是，这些提升完全无需额外训练：模型能够自发地利用沙盒环境来增强任务表现。

2.5 涌现的工具使用能力

研究者通过案例分析揭示了模型如何自主利用沙盒的三大能力。

• 外部资源访问：在化学任务中，模型被要求根据化合物名称预测分子性质。为此，模型自主安装了 Java 运行环境，并下载了 OPSIN 库来将化学名称转换为分子结构，这些工具并非预装在基础环境中。

• 文件管理：在长文本理解任务中，面对超过 100K tokens 的行业报告，模型并未尝试在 prompt 中处理整个文档，而是使用 grep、sed 等 shell 工具定位相关段落，然后编写 Python 脚本系统性地提取信息。

• 计算执行：在指令遵循任务中，模型被要求生成三个满足严格约束的句子：所有句子必须具有相同的字符数，同时使用完全不同的词汇。模型编写了 Python 脚本来统计字符、检测词汇重叠，并迭代优化候选句子。

3. LLM-in-Sandbox RL：

通过强化学习增强泛化能力

虽然强大的智能体模型能够直接受益于 LLM-in-Sandbox，但较弱的模型（如 Qwen3-4B-Instruct）往往难以有效利用沙盒环境，甚至表现不如纯 LLM 模式。

为此，研究者提出了 LLM-in-Sandbox RL：使用非智能体数据在沙盒环境中训练模型。

3.1 方法设计

核心思想是采用基于上下文的任务（context-based tasks）：每个任务包含背景材料和需要基于这些材料完成的目标。由于完成目标依赖于提供的材料，模型必须主动探索沙盒以找到相关信息，从而自然地学会利用沙盒能力。

3.2 泛化能力

实验在 Qwen3-4B-Instruct 和 Qwen3-Coder-30B-A3B 两个模型上进行。关键发现是 LLM-in-Sandbox RL 展现出强大的泛化能力：

• 跨领域泛化： 训练数据来自通用领域，但模型在数学、物理、化学、长文本、指令遵循等多个下游任务上都获得了一致的提升，甚至在软件工程任务上也有改善。

• 跨推理模式泛化：有趣的是，LLM-in-Sandbox RL 不仅提升了沙盒模式的表现，还同时提升了纯 LLM 模式的表现。这说明在沙盒中学到的探索和推理能力可以迁移到非沙盒场景。

• 跨模型能力泛化： 无论是较弱的通用模型（Qwen3-4B-Instruct）还是较强的代码专用模型（Qwen3-Coder-30B-A3B），LLM-in-Sandbox RL 都能带来一致的提升，表明这一方法具有良好的模型通用性。

4. 效率分析：

LLM-in-Sandbox 的实际部署价值

4.1 Token 消耗

在长文本场景下，LLM-in-Sandbox 将文档存储在沙盒中而非放入 prompt，可将 token 消耗降低最多 8 倍（100K → 13K tokens）。

4.2 推理速度

通过将计算卸载到沙盒，LLM-in-Sandbox 将工作负载从慢速的自回归生成（decode）转移到快速的并行预填充（prefill)，在平均情况下保持有竞争力的吞吐量（QPM）：MiniMax 可实现 2.2 倍加速。

5. LLM-in-Sandbox 超越文本生成

前面的实验评估的是 LLM 和 LLM-in-Sandbox 都能完成的任务。然而，LLM-in-Sandbox 还能实现纯 LLM 根本无法完成的能力。通过给 LLM 提供虚拟电脑，LLM-in-Sandbox 突破了 text-in-text-out 的范式，解锁了新的可能性：

• 跨模态能力：LLM 局限于文本输入输出，但 LLM-in-Sandbox 可以通过在沙盒中调用专业软件来处理和生成图像、视频、音频和交互式应用

• 文件级操作：不再是描述文件应该包含什么，而是直接生成可用的文件 ——.png、.mp4、.wav、.html

• 自主工具获取：不同于预定义的工具调用，LLM-in-Sandbox 使 LLM 能够自主发现、安装和学习使用任意软件库

这些案例揭示了一个有前景的方向：随着 LLM 能力的增强和沙盒环境的完善，LLM-in-Sandbox 可能演化为真正的通用数字创作系统。

6. 总结与展望

LLM-in-Sandbox 提出了一个简洁而有效的范式：通过给大模型提供一台虚拟电脑，让其自由探索来完成任务。实验表明，这一范式能够显著提升模型在非代码领域的表现，且无需额外训练。

研究者认为，LLM-in-Sandbox 应当成为大模型的默认部署范式，取代纯 LLM 推理。当沙盒可以带来显著的性能提升，并且部署成本几乎可以忽略不计时，为什么还要用纯 LLM？

文章来自于微信公众号 “机器之心”，作者： “机器之心”