Customer-R1: Personalized Simulation of Human Behaviors via RL-based LLM Agent in Online Shopping
TL;DR 精炼摘要
本文提出Customer-R1,基于强化学习的大语言模型智能体,针对在线购物环境中用户个性画像,实现个性化逐步行为模拟。方法结合用户画像信息,通过动作正确性奖励优化行为生成,在OPeRA数据集上显著优于提示和监督微调方法,提升个性化行为预测准确性和保真度。
摘要
Simulating step-wise human behavior with Large Language Models (LLMs) has become an emerging research direction, enabling applications in various practical domains. While prior methods, including prompting, supervised fine-tuning (SFT), and reinforcement learning (RL), have shown promise in modeling step-wise behavior, they primarily learn a population-level policy without conditioning on a user's persona, yielding generic rather than personalized simulations. In this work, we pose a critical question: how can LLM agents better simulate personalized user behavior? We introduce Customer-R1, an RL-based method for personalized, step-wise user behavior simulation in online shopping environments. Our policy is conditioned on an explicit persona, and we optimize next-step rationale and action generation via action correctness reward signals. Experiments on the OPeRA dataset emonstrate that Customer-R1 not only significantly outperforms prompting and SFT-based baselines in next-action prediction tasks, but also better matches users' action distribution, indicating higher fidelity in personalized behavior simulation.
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1. 论文基本信息 (Bibliographic Information)
- 标题 (Title): Customer-R1: Personalized Simulation of Human Behaviors via RL-based LLM Agent in Online Shopping (Customer-R1: 基于强化学习的大语言模型智能体在网络购物中的个性化人类行为模拟)
- 作者 (Authors): Ziyi Wang, Yuxuan Lu, Yimeng Zhang, Jing Huang, Dakuo Wang。作者分别来自东北大学 (Northeastern University)、密歇根州立大学 (Michigan State University) 和亚马逊 (Amazon),均是人机交互、人工智能和数据科学领域的活跃研究者。
- 发表期刊/会议 (Journal/Conference): 预印本 (Preprint) 提交于 arXiv.org。arXiv 是一个知名的学术论文预印本平台,允许研究者在同行评审前发布其研究成果,以促进学术交流。该论文尚未经过正式的同行评审和发表。
- 发表年份 (Publication Year): 预印本提交于 2025 年(根据论文元数据)。
- 摘要 (Abstract): 使用大型语言模型 (LLM) 模拟人类的逐步行为是一个新兴研究方向,在许多实际领域都有应用前景。现有方法(如提示、监督微调和强化学习)虽然在建模逐步行为上显示了潜力,但它们主要学习一种群体级别的策略,没有根据用户的个人画像 (
persona) 进行调整,导致模拟结果泛化而非个性化。本文提出了一个关键问题:LLM 智能体如何能更好地模拟个性化的用户行为?为此,作者引入了Customer-R1,一种基于强化学习 (RL) 的方法,用于在线购物环境中个性化、逐步的用户行为模拟。其策略以明确的用户画像为条件,并通过动作正确性的奖励信号来优化下一步的理由 (rationale) 和动作 (action) 生成。在 OPeRA 数据集上的实验表明,Customer-R1不仅在下一步动作预测任务上显著优于基于提示和监督微调的基线模型,而且能更好地匹配用户的动作分布,显示出在个性化行为模拟方面具有更高的保真度。 - 原文链接 (Source Link):
- arXiv 链接: https://arxiv.org/abs/2510.07230
- PDF 链接: https://arxiv.org/pdf/2510.07230v2.pdf
- 发布状态: 预印本 (Preprint),尚未在正式的学术会议或期刊上发表。
2. 整体概括 (Executive Summary)
-
研究背景与动机 (Background & Motivation - Why):
- 核心问题: 现有的人类行为模拟方法,即使使用了先进的 LLM,也只能模拟一个“平均用户”或“大众用户”的行为模式,无法捕捉到个体之间的差异。例如,在同一个购物网站页面,有的用户可能注重价格,有的用户可能注重品牌,有的用户则可能只是随便浏览,他们的下一步行为会截然不同。
- 重要性与挑战 (Gap): 缺乏个性化导致模拟的保真度 (fidelity) 和实用性受限。例如,无法用这种通用模型来为特定类型的用户群体测试新网站设计的可用性,或者为某个用户提供真正个性化的购物推荐。现有的空白 (Gap) 在于,如何让 LLM 智能体在模拟行为时,能够像真人一样,依据其独特的背景、偏好和习惯 (即
persona) 来决策。 - 切入点/创新思路: 本文的创新思路是将显式的用户画像 (
explicit user persona) 作为模型的一个输入条件,并结合强化学习 (Reinforcement Learning, RL),通过一个精心设计的奖励机制,直接激励模型生成与特定用户画像相符的、正确的下一步行为。
-
核心贡献/主要发现 (Main Contribution/Findings - What):
- 主要贡献:
- 提出了
Customer-R1模型: 一种基于强化学习的新方法,专门用于在线购物场景下个性化、逐步的用户行为模拟。该方法首次将用户画像、行为历史和强化学习有效结合。 - 全面的实验验证: 在公开的
OPeRA数据集上进行了广泛实验,证明Customer-R1在各项指标上均显著优于现有方法(如零样本提示和监督微调)。 - 深入的分析与洞见: 通过消融实验和误差分析,揭示了用户画像 (
persona) 和中间推理步骤 (rationale) 在个性化模拟中的关键作用,并为构建此类模拟器提供了实践指导。
- 提出了
- 关键结论:
- 个性化信息至关重要: 明确地将用户画像信息提供给模型,可以显著提升行为预测的准确性和个性化程度。
- 组合效果最佳: 先通过监督微调 (SFT) 让模型学习基本行为模式,再通过强化学习 (RL) 进行优化,这种“先模仿再探索”的策略能够取得最好的性能,并避免了单纯 RL 可能导致的“奖励黑客” (reward hacking) 问题。
- 中间推理步骤 (
rationale) 有益: 要求模型在生成动作前先生成一个“理由”,有助于模型做出更准确、更连贯的行为决策。
- 主要贡献:
3. 预备知识与相关工作 (Prerequisite Knowledge & Related Work)
-
基础概念 (Foundational Concepts):
- 大型语言模型 (Large Language Models, LLMs): 指的是像 GPT-4、Qwen 等经过海量文本数据训练的深度学习模型。它们具备强大的自然语言理解和生成能力,是构建智能体的基础。
- LLM 智能体 (LLM Agents): 指的是利用 LLM 作为其“大脑”的自主系统。这些智能体可以感知环境、进行推理、制定计划并执行动作,以完成特定任务。在本文中,智能体扮演一个模拟的购物者。
- 监督微调 (Supervised Fine-Tuning, SFT): 一种训练 LLM 的常见方法。它使用一组“输入-正确输出”的数据对来训练模型,让模型学习模仿给定的答案。在本文中,就是用(用户历史,当前页面)作为输入,(用户下一步的真实动作)作为正确输出来训练模型。
- 强化学习 (Reinforcement Learning, RL): 一种机器学习范式。智能体在与环境的交互中学习,通过执行动作获得奖励或惩罚,其目标是学到一个策略 (policy) 来最大化长期累积奖励。在本文中,智能体(模型)生成一个动作,如果动作与真实用户的动作一致,就获得奖励。
- 用户画像 (Persona): 对一个虚拟或真实用户的特征描述,通常包括人口统计学信息(年龄、性别)、个性特征(如MBTI)、以及特定领域的偏好(如购物时是“价格敏感型”还是“品牌忠诚型”)。
- Group Relative Policy Optimization (GRPO): 一种先进的强化学习优化算法。与传统的 PPO 算法相比,GRPO 在处理一组(而非单个)输出序列时,通过比较组内样本的奖励来计算优势,从而更稳定、更高效地进行策略优化。
-
前人工作 (Previous Works):
- 通用行为模拟: Park 等人 (2023) 的
Generative Agents模拟了虚拟小镇居民的日常生活,展示了 LLM 模拟“可信”行为的能力,但缺乏与真实人类数据的量化比较。 - 逐步行为模拟: Lu 等人 (2025a) 和 Zhang 等人 (2025b) 开始关注模拟用户在网络购物等场景下的逐步动作,并通过
SFT或RL(如Shop-R1) 提升了动作预测的准确性。然而,这些工作都旨在模拟一个“平均用户”,忽略了个体差异。 - 个性化尝试: Wang 等人 (2025b) 在
OPeRA数据集中引入了persona概念,但他们仅在现成的 LLM 上通过提示 (prompting) 的方式进行测试,发现性能提升有限。这表明,简单地把persona放在提示里,模型并不能很好地利用这些信息。
- 通用行为模拟: Park 等人 (2023) 的
-
技术演进 (Technological Evolution): 该领域的研究脉络清晰:
- 从模拟宏观、不可验证的社会行为(如虚拟小镇生活)。
- 发展到模拟微观、可验证的逐步动作(如购物时的每次点击)。
- 再到本文,进一步深化为模拟个性化、可验证的逐步动作。
Customer-R1正是处在这一演进的前沿。
-
差异化分析 (Differentiation): 与之前工作的核心区别在于,
Customer-R1系统性地将persona集成到基于RL的训练框架中。它不像Shop-R1那样只关注动作的准确性(泛化模拟),也不像 Wang 等人 (2025b) 那样只停留在简单的提示层面,而是通过 RL 的奖励机制,迫使模型去学习如何利用persona信息来做出更符合特定用户行为模式的决策,从而实现了更高保真度的个性化模拟。
4. 方法论 (Methodology - Core Technology & Implementation Details)
本部分详细拆解论文提出的 Customer-R1 框架。
-
方法原理 (Methodology Principles):
Customer-R1的核心思想是:将用户行为模拟看作一个序贯决策问题,并利用强化学习进行优化。模型的目标是学习一个策略 ,这个策略不仅要考虑当前的任务上下文(如浏览历史和当前页面),还要严格遵循给定的用户画像 ,以生成最可能符合该特定用户的下一步动作。 -
方法步骤与流程 (Steps & Procedures): 框架流程如 Figure 2 所示,可分为以下几步:
该图像是论文中Figure 2的示意图,展示了CusToMER-R1框架如何在在线购物中,通过观察用户历史行为(HTML结构、动作和理由)及用户画像,预测下一步动作及其理由,并基于预测动作与真实动作的匹配度计算奖励以优化策略。- 输入构建: 在每个时间步 ,模型接收一个复杂的输入,包括:
- 用户画像 (
Persona) : 描述用户 的人口统计、个性和购物偏好。 - 历史行为 (): 用户在此次购物会话中已经执行的动作序列和对应的理由。
- 环境观察 (): 用户所看到的网页 HTML 序列。
- 用户画像 (
- 动作生成: 模型根据上述输入,生成下一步的理由 (
rationale) 和动作 (action) 。输出格式为 JSON,包含理由和动作两部分。 - 奖励计算: 将模型生成的动作 与真实用户执行的动作 进行比较,计算一个奖励值 。
- 策略优化: 使用计算出的奖励 和 GRPO 算法来更新模型的参数 ,使其在未来能够生成获得更高奖励的动作。
- 输入构建: 在每个时间步 ,模型接收一个复杂的输入,包括:
-
数学公式与关键细节 (Mathematical Formulas & Key Details):
-
任务目标 (Task Formulation): 模型需要学习一个函数 ,根据历史信息和用户画像,预测下一步的理由和动作: 其中:
- : 在时间步 的理由和动作。
- : 时间步 1 到
t-1的历史动作和理由序列。 - : 时间步 1 到 的网页观察序列(HTML)。
- : 用户 的画像。
-
奖励函数 (Reward Function): 奖励函数 是方法的核心,它指导着模型的学习方向。
-
(动作奖励): 这是一个二元奖励,只有当预测动作的所有部分(类型和属性)都与真实动作完全相同时,才为 1,否则为 0。
- : 预测的动作。
- : 真实的(ground-truth)动作。
- : 预测和真实的动作类型(如
click,input)。 - : 预测和真实的动作属性(如点击的元素名,输入的文本)。
-
(格式奖励): 这是一个二元奖励,用于确保模型输出是符合预定义 JSON 格式的有效字符串。
-
(难度感知权重): 这是一个预定义的权重函数,用于给更复杂、更难预测的动作分配更高的奖励。例如,正确预测一个
input动作(需要预测文本内容)的奖励权重会远高于预测一个常见的click动作。这可以防止模型只学习预测简单动作来“刷分”。
-
-
优化目标 (GRPO): 论文采用 GRPO 算法进行策略优化,其目标函数为:
- : 当前需要优化的策略(即 LLM)。
- : 更新前的旧策略。
- : 新旧策略在生成第 个样本的第 个 token 时的概率比。
- : 组相对优势 (Group-Relative Advantage)。这是 GRPO 的核心,它不是简单地看一个动作的奖励 本身,而是看这个奖励相对于同一组生成的多个样本的平均奖励 有多好。这使得奖励信号更稳定。
- : PPO 算法中的裁剪函数,用于限制策略更新的幅度,防止训练过程不稳定。
- : KL 散度项,用于惩罚新策略 与一个参考策略 (通常是 SFT 后的模型)偏离太远,确保模型不会为了奖励而生成乱七八糟的内容。
- : KL 散度惩罚项的系数。
-
5. 实验设置 (Experimental Setup)
-
数据集 (Datasets):
- 数据集名称:
OPeRA-filtered。这是OPeRA数据集的一个筛选版本,是目前唯一公开的、包含真实用户在线购物场景下可验证、逐步行为的数据集。 - 规模与特点: 包含 49 位真实用户的 527 个购物会话,共 5,856 个
<动作, 观察>对。每个用户都有详细的画像 (persona) 标注。数据集中动作类型分布不均,click动作占绝大多数 (86.3%)。 - 选择原因: 该数据集的真实性、公开性、以及包含
persona和逐步动作的特点,使其成为验证本文方法的理想选择。 - 数据处理:
- 上下文截断: 由于网页 HTML 很长,当输入超过模型上下文长度时,会优先保留最近的 HTML 内容,而对于较早的历史,只保留动作和理由,以在有限长度内保留最重要的信息。
- 理由增强 (Rationale Augmentation): 数据集中部分动作缺少理由标注。为了进行有效的 SFT 训练,作者使用
claude-3.5-sonnet模型为这些缺失的条目生成了合成的理由。
- 数据集名称:
-
评估指标 (Evaluation Metrics):
-
Next Action Generation Accuracy (下一步动作生成准确率):
- 概念定义: 这是最严格的指标。它衡量模型预测的下一步动作是否与真实用户的动作完全一致。一个预测被视为正确,当且仅当动作的类型(如
click)和所有必需的属性(如element_name,对于input动作还包括text)都与真实值完全匹配。这个指标评估的是模型进行精确行为复现的能力。 - 数学公式:
- 符号解释:
- : 评估样本的总数。
- : 模型对第 个样本预测的动作。
- : 第 个样本的真实动作。
- : 指示函数 (Indicator Function)。当括号内条件为真时,其值为 1;否则为 0。
- 概念定义: 这是最严格的指标。它衡量模型预测的下一步动作是否与真实用户的动作完全一致。一个预测被视为正确,当且仅当动作的类型(如
-
Action Type F1 (动作类型 F1 分数 - Macro-F1):
- 概念定义: 这个指标衡量模型预测动作类型(如
click,input,terminate)的准确性,而不关心动作的具体属性。由于数据集中动作类型分布极不平衡(click占绝大多数),使用Macro-F1(宏平均 F1)可以平等地对待每个类别,避免模型仅靠预测多数类就获得高分。 - 数学公式:
- 符号解释:
- : 类别总数(这里是 3:
click,input,terminate)。 F1_c: 第 个类别的 F1 分数。- : 第 个类别的精确率,即模型预测为类别 的样本中,真正是类别 的比例。
- : 第 个类别的召回率,即所有真实为类别 的样本中,被模型成功预测为类别 的比例。
- : 类别总数(这里是 3:
- 概念定义: 这个指标衡量模型预测动作类型(如
-
Fine-grained Type Accuracy (细粒度类型准确率):
- 概念定义: 这个指标比
Action Type F1更进一步,它评估模型对更精细动作类型的区分能力。对于click动作,它会检查预测的点击目标属于哪个子类别(如product_link,review,purchase等),并与真实子类别比较。对于非click动作,则检查是否正确预测为input或terminate。它能揭示模型是否理解了不同点击行为的意图。 - 数学公式:
- 符号解释:
- : 一个函数,用于从一个动作中提取其细粒度类型。
- 概念定义: 这个指标比
-
Session Outcome F1 (会话结果 F1 分数 - Weighted-F1):
- 概念定义: 这个指标评估模型预测整个购物会话最终结果的能力。会话结果分为两类:用户最终购买(点击与购买相关的按钮)或放弃(执行
terminate动作)。它衡量模型是否能理解用户的最终购物意图。使用加权 F1 (Weighted-F1) 是因为购买和放弃的样本数可能不均衡。 - 数学公式:
- 符号解释:
F1_c: 类别 (购买或放弃)的 F1 分数。- : 类别 的权重,通常是该类别样本数占总样本数的比例。
- 概念定义: 这个指标评估模型预测整个购物会话最终结果的能力。会话结果分为两类:用户最终购买(点击与购买相关的按钮)或放弃(执行
-
-
对比基线 (Baselines):
Zero-shot Inference: 直接使用预训练好的Qwen2.5-7B-Instruct-1M模型进行预测,不进行任何针对该任务的微调。这代表了 LLM 的通用能力。SFT(Supervised Fine-Tuning): 在OPeRA数据集上对模型进行监督微调,让模型学习模仿用户的真实动作。RL(Reinforcement Learning): 直接从预训练模型开始,仅使用本文提出的强化学习方法进行训练。- : 本文推荐的最佳实践。先进行
SFT训练,然后以 SFT 训练好的模型为起点,再进行RL优化。
6. 实验结果与分析
-
核心结果分析 (Core Results Analysis): 根据论文中的 Table 4,我们将其转录如下:
转录自 Table 4: Evaluation of next action prediction task.
Method Next Action Gen. (Accuracy) Action Type (Macro-F1) Fine-grained Type (Accuracy) Session Outcome (Weighted-F1) Zero-shot Inference 7.32 33.43 25.72 41.11 RL 24.72 31.17 39.58 40.51 SFT 35.14 72.66 56.43 66.29 SFT+RL 39.58 78.50 61.20 79.45 - 分析:
Zero-shot效果差: 仅 7.32% 的完全匹配准确率表明,未经微调的 LLM 无法胜任这种复杂的、结构化的行为预测任务。RL单独使用不稳定: 单纯使用 RL 虽然能提升准确率到 24.72%,但在Action Type F1上甚至不如Zero-shot,说明模型可能在学习过程中走了捷径,即“奖励黑客”。SFT效果显著: 监督微调大幅提升了所有指标,Next Action Gen. Accuracy达到 35.14%。这证明了让模型先学习模仿人类行为模式是至关重要的第一步。- 表现最佳: 结合 SFT 和 RL 的方法在所有指标上都取得了最优性能,特别是
Next Action Gen. Accuracy达到了 39.58%。这表明,在 SFT 提供的良好基础上,RL 能够进一步通过奖励信号微调策略,使其更精准、更个性化。
- 分析:
-
消融实验/参数分析 (Ablation Studies / Parameter Analysis):
-
Persona和Rationale的作用 (Table 5): 以下是 Table 5 的部分关键数据转录,重点关注 设置:转录自 Table 5: Model performance without persona or rationale.
Method Setting Next Action Gen. (Accuracy) Action Type (Macro-F1) Fine-grained Type (Accuracy) Session Outcome (Weighted-F1) SFT+RL (full model) 39.58 78.50 61.20 79.45 SFT+RL w/o persona 37.80 66.67 59.42 59.73 SFT+RL w/o rationale 34.15 73.15 53.99 67.37 - 分析:
- 移除
persona: 性能全面下降,尤其是在Action Type Macro-F1和Session Outcome F1上降幅巨大(分别下降约 12 和 20 个点)。这强力证明了persona对模型理解用户高级意图(如动作类型选择和最终是否购买)至关重要。没有persona,模型退化成一个泛化模型。 - 移除
rationale: 性能同样全面下降。这说明让模型先生成“理由”再生成“动作”的“思维链”过程,可以帮助模型更好地将上下文与行为决策联系起来,起到了一种脚手架 (scaffold) 的作用。
- 移除
- 分析:
-
模型大小和上下文长度的影响 (Table 6): 以下是 Table 6 的转录:
转录自 Table 6: Ablation results showing the effect of model size and context length.
Model Size Context Next Action Gen. (Accuracy) Action Type (Macro-F1) Fine-grained Type (Accuracy) Session Outcome (Weighted-F1) Qwen2.5-7B 65k 24.72 31.17 39.58 40.51 Qwen2.5-7B 40k 18.85 31.14 28.60 41.41 Qwen2.5-3B 65k 18.07 31.30 38.91 3.97 - 分析:
- 上下文越长越好: 对于 7B 模型,将上下文从 40k 增加到 65k,
Next Action Gen. Accuracy从 18.85% 提升到 24.72%,说明更长的历史记录对于理解用户意图至关重要。 - 模型越大越好: 使用更大的 7B 模型比 3B 模型效果好得多。尤其是 3B 模型的
Session Outcome F1崩跌至 3.97%,表明小模型完全无法捕捉复杂的、决定最终购物结果的用户意图。
- 上下文越长越好: 对于 7B 模型,将上下文从 40k 增加到 65k,
- 分析:
-
深入分析 (Section 4.7):
- 奖励黑客 (Reward Hacking):
RL-only模型学会了钻空子,它倾向于只预测那些容易猜对且奖励权重高的动作(如purchase),而完全不预测input或terminate等稀有但关键的动作(见 Table 7 和 Figure 3a)。而 由于有 SFT 的基础,其预测的动作分布更加均衡和真实(Figure 3b)。 Persona的作用: 为了验证模型是真的在“理解”persona,作者做了一个“打乱persona” (shuffle) 的实验 (Table 8)。结果显示,当提供一个错误的persona时,模型性能急剧下降,Next Action Gen. Accuracy从 39.58% 骤降至 28.94%。这证明了模型确实在利用persona进行个性化决策,而不是把它当成无关的噪声。
- 奖励黑客 (Reward Hacking):
-
7. 总结与思考 (Conclusion & Personal Thoughts)
-
结论总结 (Conclusion Summary): 本文成功提出了
Customer-R1,一种基于强化学习的个性化用户行为模拟方法。通过将显式的用户画像 (persona) 作为输入,并设计一个基于动作正确性的奖励函数,Customer-R1能够生成比现有方法更准确、更具个性化保真度的在线购物行为序列。实验证明, 的混合训练范式是最佳实践,并且persona和rationale都是实现高性能个性化模拟不可或缺的组件。 -
局限性与未来工作 (Limitations & Future Work): 论文作者坦诚地指出了当前工作的局限性:
- 行为偏见: 模型仍然倾向于预测高频、简单的动作,对稀有的、用户特有的行为预测能力不足。
- 奖励函数局限: 当前的奖励函数只关注动作的“正确性”,没有衡量用户满意度、决策效率等更高维度的指标。
- 未来方向: 作者建议未来可以探索更丰富的奖励信号、更强的
persona表示方法,以及如何更好地将persona与上下文融合。
-
个人启发与批判 (Personal Insights & Critique):
-
启发:
- 个性化是 LLM Agent 的下一个战场: 这篇论文清晰地指明了从“通用智能”走向“个性化智能”是 LLM Agent 应用落地的一个关键方向。
- 的强大范式: “SFT 先验+RL 优化”的模式在需要精确控制和符合特定规范的生成任务中(如代码生成、本研究中的行为模拟)具有巨大的潜力。SFT 提供了“常识”,RL 则提供了“目标导向的微调”。
- 数据驱动的
persona:OPeRA数据集的重要性不言而喻。高质量、带标注的persona数据是实现这一切的基础。这提示我们,未来相关研究的瓶颈可能更多地在于数据而非模型。
-
批判性思考与潜在改进:
- 奖励设计的简单化: 论文中的奖励函数是二元的(全对或全错),这可能过于严苛。未来可以设计更平滑的奖励,例如基于动作的语义相似度(如点击“商品A”和点击旁边的“商品B”可能意图相似),或者引入一个奖励模型来学习评估动作的“人性化”程度。
- 手动设计的权重
w(a): 奖励函数中的难度权重是手动设置的,这引入了主观性。一个更优雅的方案是让模型自动学习不同动作的预测难度或重要性。 - 可迁移性问题:
Customer-R1在在线购物场景下取得了成功,但其方法能否顺利迁移到其他领域,如软件使用行为模拟、游戏玩家行为模拟等,还有待验证。不同领域的动作空间和persona维度可能大相径庭。
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