Recent advances have sparked significant interest in the development of privacy-preserving Principal Component Analysis (PCA). However, many existing approaches rely on restrictive assumptions, such as assuming sub-Gaussian data or being vulnerable to data contamination. Additionally, some methods are computationally expensive or depend on unknown model parameters that must be estimated, limiting their accessibility for data analysts seeking privacy-preserving PCA. In this paper, we propose a differentially private PCA method applicable to heavy-tailed and potentially contaminated data. Our approach leverages the property that the covariance matrix of properly rescaled data preserves eigenvectors and their order under elliptical distributions, which include Gaussian and heavy-tailed distributions. By applying a bounded transformation, we enable straightforward computation of principal components in a differentially private manner. Additionally, boundedness guarantees robustness against data contamination. We conduct both theoretical analysis and empirical evaluations of the proposed method, focusing on its ability to recover the subspace spanned by the leading principal components. Extensive numerical experiments demonstrate that our method consistently outperforms existing approaches in terms of statistical utility, particularly in non-Gaussian or contaminated data settings.


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在统计中,主成分分析(PCA)是一种通过最大化每个维度的方差来将较高维度空间中的数据投影到较低维度空间中的方法。给定二维,三维或更高维空间中的点集合,可以将“最佳拟合”线定义为最小化从点到线的平均平方距离的线。可以从垂直于第一条直线的方向类似地选择下一条最佳拟合线。重复此过程会产生一个正交的基础,其中数据的不同单个维度是不相关的。 这些基向量称为主成分。
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