As machine learning (ML) becomes more prevalent in human-centric applications, there is a growing emphasis on algorithmic fairness and privacy protection. While previous research has explored these areas as separate objectives, there is a growing recognition of the complex relationship between privacy and fairness. However, previous works have primarily focused on examining the interplay between privacy and fairness through empirical investigations, with limited attention given to theoretical exploration. This study aims to bridge this gap by introducing a theoretical framework that enables a comprehensive examination of their interrelation. We shall develop and analyze an information bottleneck (IB) based information obfuscation method with local differential privacy (LDP) for fair representation learning. In contrast to many empirical studies on fairness in ML, we show that the incorporation of LDP randomizers during the encoding process can enhance the fairness of the learned representation. Our analysis will demonstrate that the disclosure of sensitive information is constrained by the privacy budget of the LDP randomizer, thereby enabling the optimization process within the IB framework to effectively suppress sensitive information while preserving the desired utility through obfuscation. Based on the proposed method, we further develop a variational representation encoding approach that simultaneously achieves fairness and LDP. Our variational encoding approach offers practical advantages. It is trained using a non-adversarial method and does not require the introduction of any variational prior. Extensive experiments will be presented to validate our theoretical results and demonstrate the ability of our proposed approach to achieve both LDP and fairness while preserving adequate utility.


翻译:随着机器学习在以人为本的应用中日益普及,算法公平性与隐私保护受到越来越多的关注。尽管以往研究将这两个目标分开探讨,但人们逐渐认识到隐私与公平之间复杂的关联性。然而,现有工作主要依赖实证研究考察隐私与公平的相互作用,对理论探索的关注有限。本研究旨在通过构建一个综合性理论框架来弥补这一差距,从而系统探究二者的内在联系。我们将开发并分析一种基于信息瓶颈的、结合本地差分隐私的信息混淆方法,用于公平表示学习。与许多关于机器学习公平性的实证研究不同,我们证明在编码过程中引入本地差分隐私随机化器能够增强所学表示的公平性。我们的分析将表明,敏感信息的泄露受限于本地差分隐私随机化器的隐私预算,这使得信息瓶颈框架内的优化过程能够有效抑制敏感信息,同时通过混淆手段保留所需的效用。基于所提方法,我们进一步开发了一种变分表示编码方法,可同时实现公平性与本地差分隐私。该变分编码方法具有实际优势:它采用非对抗性训练,无需引入任何变分先验。我们将通过大量实验验证理论结果,并证明所提方法能在保持充分效用的同时实现本地差分隐私与公平性。

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
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
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
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
47+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
3+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2023年1月19日
VIP会员
最新内容
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
6+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
10+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
5+阅读 · 6月23日
相关资讯
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
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
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
47+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
3+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员