Given a sequence of samples $x_1, \dots , x_k$ promised to be drawn from one of two distributions $X_0, X_1$, a well-studied problem in statistics is to decide $\textit{which}$ distribution the samples are from. Information theoretically, the maximum advantage in distinguishing the two distributions given $k$ samples is captured by the total variation distance between $X_0^{\otimes k}$ and $X_1^{\otimes k}$. However, when we restrict our attention to $\textit{efficient distinguishers}$ (i.e., small circuits) of these two distributions, exactly characterizing the ability to distinguish $X_0^{\otimes k}$ and $X_1^{\otimes k}$ is more involved and less understood. In this work, we give a general way to reduce bounds on the computational indistinguishability of $X_0$ and $X_1$ to bounds on the $\textit{information-theoretic}$ indistinguishability of some specific, related variables $\widetilde{X}_0$ and $\widetilde{X}_1$. As a consequence, we prove a new, tight characterization of the number of samples $k$ needed to efficiently distinguish $X_0^{\otimes k}$ and $X_1^{\otimes k}$ with constant advantage as \[ k = \Theta\left(d_H^{-2}\left(\widetilde{X}_0, \widetilde{X}_1\right)\right), \] which is the inverse of the squared Hellinger distance $d_H$ between two distributions $\widetilde{X}_0$ and $\widetilde{X}_1$ that are computationally indistinguishable from $X_0$ and $X_1$. Likewise, our framework can be used to re-derive a result of Halevi and Rabin (TCC 2008) and Geier (TCC 2022), proving nearly-tight bounds on how computational indistinguishability scales with the number of samples for arbitrary product distributions.


翻译:给定一个样本序列 $x_1, \dots , x_k$,已知其从两个分布 $X_0$ 或 $X_1$ 中抽取,统计学中一个深入研究的问题是判断这些样本究竟来自 $\textit{哪个}$ 分布。从信息论角度看,给定 $k$ 个样本时区分这两个分布的最大优势由 $X_0^{\otimes k}$ 与 $X_1^{\otimes k}$ 之间的总变差距离所刻画。然而,当我们将注意力限制在这两个分布的 $\textit{高效区分器}$(即小型电路)上时,精确刻画区分 $X_0^{\otimes k}$ 和 $X_1^{\otimes k}$ 的能力则更为复杂且研究较少。在本工作中,我们提出了一种通用方法,将 $X_0$ 与 $X_1$ 的 $\textit{计算不可区分性}$ 的界约化为某些特定相关变量 $\widetilde{X}_0$ 和 $\widetilde{X}_1$ 的 $\textit{信息论不可区分性}$ 的界。作为推论,我们证明了一个新的紧致刻画:以恒定优势高效区分 $X_0^{\otimes k}$ 和 $X_1^{\otimes k}$ 所需样本数 $k$ 满足 \[ k = \Theta\left(d_H^{-2}\left(\widetilde{X}_0, \widetilde{X}_1\right)\right), \] 其中 $d_H$ 是两个分布 $\widetilde{X}_0$ 与 $\widetilde{X}_1$ 之间的 Hellinger 距离的平方的倒数,而这两个分布在计算上与 $X_0$ 和 $X_1$ 不可区分。同样地,我们的框架可用于重新推导 Halevi 和 Rabin(TCC 2008)以及 Geier(TCC 2022)的结果,证明对于任意乘积分布,计算不可区分性随样本数量变化的近乎紧致的界。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
13+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
Arxiv
10+阅读 · 2022年3月18日
VIP会员
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
13+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员