Differential Privacy (DP) ensures that training a machine learning model does not leak private data. However, the cost of DP is lower model accuracy or higher sample complexity. In practice, we may have access to auxiliary public data that is free of privacy concerns. This has motivated the recent study of what role public data might play in improving the accuracy of DP models. In this work, we assume access to a given amount of public data and settle the following fundamental open questions: 1. What is the optimal (worst-case) error of a DP model trained over a private data set while having access to side public data? What algorithms are optimal? 2. How can we harness public data to improve DP model training in practice? We consider these questions in both the local and central models of DP. To answer the first question, we prove tight (up to constant factors) lower and upper bounds that characterize the optimal error rates of three fundamental problems: mean estimation, empirical risk minimization, and stochastic convex optimization. We prove that public data reduces the sample complexity of DP model training. Perhaps surprisingly, we show that the optimal error rates can be attained (up to constants) by either discarding private data and training a public model, or treating public data like it's private data and using an optimal DP algorithm. To address the second question, we develop novel algorithms which are "even more optimal" (i.e. better constants) than the asymptotically optimal approaches described above. For local DP mean estimation with public data, our algorithm is optimal including constants. Empirically, our algorithms show benefits over existing approaches for DP model training with side access to public data.


翻译:差分隐私(DP)确保机器学习模型训练不会泄露私有数据。然而,DP的代价是模型精度降低或样本复杂度增加。实践中,我们可能拥有不受隐私问题约束的辅助公开数据。这促使了近期关于公开数据在提升DP模型精度中作用的研究。本文中,我们假设可访问给定量的公开数据,并解决了以下基础性开放问题:1. 在访问辅助公开数据的情况下,基于私有数据集训练的DP模型的理论最优(最坏情况)误差是多少?何种算法达到最优?2. 实践中如何利用公开数据提升DP模型训练?我们在DP的本地模型和中央模型中都考虑了这些问题。针对第一个问题,我们证明了三个基础问题(均值估计、经验风险最小化和随机凸优化)的最优误差率的紧致(至多常数因子)上下界。我们证明公开数据降低了DP模型训练的样本复杂度。令人惊讶的是,我们发现最优误差率可通过丢弃私有数据并训练公开模型,或将其视为私有数据并使用最优DP算法达到(至多常数因子)。针对第二个问题,我们开发了新颖算法,其性能"甚至更优"(即常数更佳),优于上述渐近最优方法。在带公开数据的本地DP均值估计中,我们的算法在常数意义上也是最优的。实验表明,我们的算法在利用辅助公开数据进行DP模型训练方面优于现有方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

Graph Transformer近期进展
专知会员服务
65+阅读 · 2023年1月5日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月26日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
VIP会员
最新内容
深入Project Maven:为何人工智能在战场上依然失灵
锻造未来士兵:外骨骼、基因工程与赛博格
专知会员服务
7+阅读 · 7月19日
《无人机蜂群通信技术研究》50页
专知会员服务
8+阅读 · 7月19日
战力倍增器:自主武器系统与乌克兰及加沙冲突
人工智能赋能战场情报:提速决策进程
专知会员服务
6+阅读 · 7月17日
《拥抱新兴技术:面向未来军官的教育革新》
专知会员服务
8+阅读 · 7月17日
相关VIP内容
Graph Transformer近期进展
专知会员服务
65+阅读 · 2023年1月5日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员