We study the problem of $(\epsilon,\delta)$-differentially private learning of linear predictors with convex losses. We provide results for two subclasses of loss functions. The first case is when the loss is smooth and non-negative but not necessarily Lipschitz (such as the squared loss). For this case, we establish an upper bound on the excess population risk of $\tilde{O}\left(\frac{\Vert w^*\Vert}{\sqrt{n}} + \min\left\{\frac{\Vert w^* \Vert^2}{(n\epsilon)^{2/3}},\frac{\sqrt{d}\Vert w^*\Vert^2}{n\epsilon}\right\}\right)$, where $n$ is the number of samples, $d$ is the dimension of the problem, and $w^*$ is the minimizer of the population risk. Apart from the dependence on $\Vert w^\ast\Vert$, our bound is essentially tight in all parameters. In particular, we show a lower bound of $\tilde{\Omega}\left(\frac{1}{\sqrt{n}} + {\min\left\{\frac{\Vert w^*\Vert^{4/3}}{(n\epsilon)^{2/3}}, \frac{\sqrt{d}\Vert w^*\Vert}{n\epsilon}\right\}}\right)$. We also revisit the previously studied case of Lipschitz losses [SSTT20]. For this case, we close the gap in the existing work and show that the optimal rate is (up to log factors) $\Theta\left(\frac{\Vert w^*\Vert}{\sqrt{n}} + \min\left\{\frac{\Vert w^*\Vert}{\sqrt{n\epsilon}},\frac{\sqrt{\text{rank}}\Vert w^*\Vert}{n\epsilon}\right\}\right)$, where $\text{rank}$ is the rank of the design matrix. This improves over existing work in the high privacy regime. Finally, our algorithms involve a private model selection approach that we develop to enable attaining the stated rates without a-priori knowledge of $\Vert w^*\Vert$.


翻译:我们研究使用凸损失函数进行线性预测的$(\epsilon,\delta)$-差分隐私学习问题。针对两类损失函数给出结果。第一类是光滑且非负但不一定满足Lipschitz条件的损失(如平方损失)。对于此类损失,我们建立了超额总体风险的上界为$\tilde{O}\left(\frac{\Vert w^*\Vert}{\sqrt{n}} + \min\left\{\frac{\Vert w^* \Vert^2}{(n\epsilon)^{2/3}},\frac{\sqrt{d}\Vert w^*\Vert^2}{n\epsilon}\right\}\right)$,其中$n$为样本数,$d$为问题维度,$w^*$为总体风险的最小化器。除依赖项$\Vert w^\ast\Vert$外,该界在所有参数上基本紧确。特别地,我们给出下界$\tilde{\Omega}\left(\frac{1}{\sqrt{n}} + {\min\left\{\frac{\Vert w^*\Vert^{4/3}}{(n\epsilon)^{2/3}}, \frac{\sqrt{d}\Vert w^*\Vert}{n\epsilon}\right\}}\right)$。我们还重新审视了先前研究的Lipschitz损失情形[SSTT20]。针对该情形,我们填补了现有工作中的差距,证明最优速率(至多对数因子)为$\Theta\left(\frac{\Vert w^*\Vert}{\sqrt{n}} + \min\left\{\frac{\Vert w^*\Vert}{\sqrt{n\epsilon}},\frac{\sqrt{\text{rank}}\Vert w^*\Vert}{n\epsilon}\right\}\right)$,其中$\text{rank}$为设计矩阵的秩。这一结果在高隐私 regimes下优于现有工作。最后,我们开发的隐私模型选择方法可在无需先验知道$\Vert w^*\Vert$的情况下实现所述速率。

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