There has been significant recent progress in training differentially private (DP) models which achieve accuracy that approaches the best non-private models. These DP models are typically pretrained on large public datasets and then fine-tuned on downstream datasets that are (i) relatively large, and (ii) similar in distribution to the pretraining data. However, in many applications including personalization, it is crucial to perform well in the few-shot setting, as obtaining large amounts of labeled data may be problematic; and on images from a wide variety of domains for use in various specialist settings. To understand under which conditions few-shot DP can be effective, we perform an exhaustive set of experiments that reveals how the accuracy and vulnerability to attack of few-shot DP image classification models are affected as the number of shots per class, privacy level, model architecture, dataset, and subset of learnable parameters in the model vary. We show that to achieve DP accuracy on par with non-private models, the shots per class must be increased as the privacy level increases by as much as 32$\times$ for CIFAR-100 at $\epsilon=1$. We also find that few-shot non-private models are highly susceptible to membership inference attacks. DP provides clear mitigation against the attacks, but a small $\epsilon$ is required to effectively prevent them. Finally, we evaluate DP federated learning systems and establish state-of-the-art performance on the challenging FLAIR federated learning benchmark.


翻译:近年来,在训练差分隐私(DP)模型方面取得了显著进展,这些模型的精度已接近最优的非隐私模型。这些DP模型通常在大规模公开数据集上进行预训练,然后在(i)规模相对较大且(ii)与预训练数据分布相似的的下游数据集上进行微调。然而,在包括个性化在内的许多应用中,在小样本场景下取得良好性能至关重要,因为获取大量标注数据可能存在问题;同时,针对各种专业场景中来自广泛领域的图像,保持性能同样关键。为了理解小样本DP在何种条件下有效,我们进行了一组详尽的实验,揭示了每类样本数、隐私水平、模型架构、数据集以及模型中可学习参数子集的变化如何影响小样本DP图像分类模型的准确性和对攻击的脆弱性。我们发现,为了实现与非隐私模型相当的DP精度,每类样本数必须随隐私水平的提高而增加,对于CIFAR-100数据集在ϵ=1时,所需样本数需增加多达32倍。我们还发现,非隐私的小样本模型极易受到成员推断攻击。DP对此类攻击提供了明确的缓解措施,但需要较小的ϵ才能有效阻止攻击。最后,我们评估了DP联邦学习系统,并在具有挑战性的FLAIR联邦学习基准上建立了最先进的性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

图像分类,顾名思义,是一个输入图像,输出对该图像内容分类的描述的问题。它是计算机视觉的核心,实际应用广泛。
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
零样本文本分类,Zero-Shot Learning for Text Classification
专知会员服务
97+阅读 · 2020年5月31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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Differentially Private Synthetic Control
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月24日
Arxiv
12+阅读 · 2019年3月14日
VIP会员
最新内容
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
2+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
3+阅读 · 6月23日
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP内容
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
相关基金
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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员