We study the problem of hypothesis selection under the constraint of local differential privacy. Given a class $\mathcal{F}$ of $k$ distributions and a set of i.i.d. samples from an unknown distribution $h$, the goal of hypothesis selection is to pick a distribution $\hat{f}$ whose total variation distance to $h$ is comparable with the best distribution in $\mathcal{F}$ (with high probability). We devise an $\varepsilon$-locally-differentially-private ($\varepsilon$-LDP) algorithm that uses $\Theta\left(\frac{k}{\alpha^2\min \{\varepsilon^2,1\}}\right)$ samples to guarantee that $d_{TV}(h,\hat{f})\leq \alpha + 9 \min_{f\in \mathcal{F}}d_{TV}(h,f)$ with high probability. This sample complexity is optimal for $\varepsilon<1$, matching the lower bound of Gopi et al. (2020). All previously known algorithms for this problem required $\Omega\left(\frac{k\log k}{\alpha^2\min \{ \varepsilon^2 ,1\}} \right)$ samples to work. Moreover, our result demonstrates the power of interaction for $\varepsilon$-LDP hypothesis selection. Namely, it breaks the known lower bound of $\Omega\left(\frac{k\log k}{\alpha^2\min \{ \varepsilon^2 ,1\}} \right)$ for the sample complexity of non-interactive hypothesis selection. Our algorithm breaks this barrier using only $\Theta(\log \log k)$ rounds of interaction. To prove our results, we define the notion of \emph{critical queries} for a Statistical Query Algorithm (SQA) which may be of independent interest. Informally, an SQA is said to use a small number of critical queries if its success relies on the accuracy of only a small number of queries it asks. We then design an LDP algorithm that uses a smaller number of critical queries.


翻译:我们在局部差分隐私约束下研究假设选择问题。给定一个由 $k$ 个分布组成的类别 $\mathcal{F}$,以及来自未知分布 $h$ 的一组独立同分布样本,假设选择的目标是选择一个分布 $\hat{f}$,使其与 $h$ 的总变差距离以高概率与 $\mathcal{F}$ 中的最优分布相当。我们设计了一种 $\varepsilon$-局部差分隐私算法,该算法使用 $\Theta\left(\frac{k}{\alpha^2\min \{\varepsilon^2,1\}}\right)$ 个样本,以保证 $d_{TV}(h,\hat{f})\leq \alpha + 9 \min_{f\in \mathcal{F}}d_{TV}(h,f)$ 以高概率成立。当 $\varepsilon<1$ 时,此样本复杂度是最优的,与 Gopi 等人(2020)的下界相匹配。此前所有已知的该问题的算法需要 $\Omega\left(\frac{k\log k}{\alpha^2\min \{ \varepsilon^2 ,1\}} \right)$ 个样本。此外,我们的结果展示了 $\varepsilon$-LDP 假设选择中交互性的力量,即它突破了非交互式假设选择样本复杂度的已知下界 $\Omega\left(\frac{k\log k}{\alpha^2\min \{ \varepsilon^2 ,1\}} \right)$。我们的算法仅使用 $\Theta(\log \log k)$ 轮交互就突破了这个障碍。为了证明我们的结果,我们为统计查询算法定义了“关键查询”的概念,这可能具有独立的研究价值。非正式地说,如果一个 SQA 的成功仅依赖于其提出查询中少数几个的准确性,则该 SQA 使用的关键查询数量较少。然后,我们设计了一个使用更少关键查询的 LDP 算法。

0
下载
关闭预览

相关内容

IFIP TC13 Conference on Human-Computer Interaction是人机交互领域的研究者和实践者展示其工作的重要平台。多年来,这些会议吸引了来自几个国家和文化的研究人员。官网链接:http://interact2019.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月26日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 6月10日
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
7+阅读 · 6月10日
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 6月10日
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
9+阅读 · 6月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员