formal-verification execution-feedback lean-4 model-harness putnambench agentic-loop automated-theorem-proving formalconjectures
Abstract
While progress in informal mathematics has come largely from scaling the chain-of-thought and agentic reasoning of frontier language models, formal theorem proving has increasingly relied on human-designed workflows around these models, such as planning, decomposition, and orchestrating specialized provers. This raises a bitter-lesson question: can a simple agentic loop that scales test-time compute match these workflows? The answer matters as formal verification must scale to keep up with frontier models producing research mathematics, yet new workflows rarely settle it, as their gains are often confounded with stronger models or more compute. We study this question with h1, a simple harness that gives a model an efficient interface to Lean 4 and keeps it working through verifier feedback and self-reflection, without imposing a decomposition or search structure. h1 reaches state-of-the-art results on PutnamBench, FATE-X, and FormalConjectures100-Solved, settles eight open problems in FormalConjectures, and, at matched models, matches or outperforms specialized workflows such as Goedel-Architect and AlphaProof Nexus, surprisingly showing that a single attempt (pass@1) can often scale to solve open problems. Through ablations and matched-model comparisons with Claude Code and AxProverBase, we find that simplicity alone is not enough: an efficient Lean interface largely determines cost and solve rate. We thus recommend that future work evaluate frontier models with efficient execution feedback before prescribing workflows, at the risk of bitter lessons.
한국어 요약
한 줄 요약
h1은 복잡한 워크플로우 없이 단순한 에이전트 루프로 정식 증명 성능을 최적화한 시스템으로, PutnamBench 등에서 최신 기록을 달성한다.
핵심 기여도
- h1은 복잡한 계획 없이 Lean 4와의 효율적 인터페이스를 통해 정식 증명 성능을 최적화.
- PutnamBench, FATE-X, FormalConjectures100-Solved에서 최신 기록 달성.
- 8개의 FormalConjectures 열린 문제 해결.
- Goedel-Architect, AlphaProof Nexus보다 낮은 비용으로 동일 모델에서 성능 우위.
핵심 아이디어
정식 증명에서 인간이 설계한 복잡한 워크플로우 대신, 단순한 에이전트 루프가 테스트 시간 계산을 확장함으로써 동일한 성능을 달성할 수 있는지가 핵심 질문이다. h1은 이 질문에 답하기 위해 Lean 4와의 효율적 인터페이스를 제공하는 단순한 루프를 제안한다. 이 루프는 증명 검증기의 피드백과 자기 반성을 통해 모델이 지속적으로 작업하도록 유도한다. 이는 별도의 분해나 탐색 구조를 강제하지 않으며, "Wait"를 추가하는 것처럼 테스트 시간 계산을 연장하는 방식으로 동작한다. 이 접근법은 복잡한 워크플로우가 아닌, 단순한 반복과 피드백을 통해 정식 증명 성능을 향상시킬 수 있음을 보여준다.
기술적 접근법
- h1은 Lean 4와의 효율적 인터페이스를 제공하는 단순한 루프.
- 모델은 여러 턴의 추론과 도구 호출, 증명 검증기 제출, 자기 반성 단계를 반복.
- 각 반복은 "Wait"를 추가하는 방식으로 테스트 시간 계산을 연장.
- 평가 시, 인프라 비용과 모델 일치 여부를 고려한 cost–success 곡선 분석.
- AxProverBase, Claude Code, Humanfia와 비교 실험 수행.
- E(B) = 100/B ∫₀^B S(b) db 공식을 사용해 문제 해결 비용을 평가.
주요 결과
- PutnamBench, FATE-X, FormalConjectures100-Solved에서 최신 기록 달성.
- 8개의 FormalConjectures 열린 문제 해결.
- Goedel-Architect보다 낮은 비용으로 동일 모델에서 성능 우위.
- AlphaProof Nexus와 동일 LLM에서 5개의 Erdős 문제에서 Pareto 우위.
- 단일 시도(pass@1)가 반복(pass@k)보다 효율적일 수 있음.
의의 및 한계
h1은 복잡한 워크플로우 없이 단순한 루프로 정식 증명 성능을 향상시킬 수 있음을 보여주며, 이는 정식 증명 분야에서 "bitter lesson"을 확장한 사례이다. 그러나 단순성 자체만으로는 충분하지 않으며, Lean 인터페이스의 효율성이 비용과 해결률에 큰 영향을 미친다. 또한, 모델이 제공하는 실행 피드백을 고려하지 않고 워크플로우를 설계하면 비용 효율성과 성능이 저하될 수 있다. 이 연구는 향후 연구가 효율적인 실행 피드백을 고려해야 함을 강조한다.
실용적 활용
h1은 연구 수학의 기계적 검증이 필요한 산업 및 연구 환경에서 활용 가능하다. 특히, 정식 증명 기반의 자동 발견 시스템 개발에 기여할 수 있으며, 효율적인 인터페이스와 피드백 기반의 단순 루프가 필요한 분야에 적용 가능하다.