Federated learning (FL) is a new distributed learning paradigm, with privacy, utility, and efficiency as its primary pillars. Existing research indicates that it is unlikely to simultaneously attain infinitesimal privacy leakage, utility loss, and efficiency. Therefore, how to find an optimal trade-off solution is the key consideration when designing the FL algorithm. One common way is to cast the trade-off problem as a multi-objective optimization problem, i.e., the goal is to minimize the utility loss and efficiency reduction while constraining the privacy leakage not exceeding a predefined value. However, existing multi-objective optimization frameworks are very time-consuming, and do not guarantee the existence of the Pareto frontier, this motivates us to seek a solution to transform the multi-objective problem into a single-objective problem because it is more efficient and easier to be solved. To this end, we propose FedPAC, a unified framework that leverages PAC learning to quantify multiple objectives in terms of sample complexity, such quantification allows us to constrain the solution space of multiple objectives to a shared dimension, so that it can be solved with the help of a single-objective optimization algorithm. Specifically, we provide the results and detailed analyses of how to quantify the utility loss, privacy leakage, privacy-utility-efficiency trade-off, as well as the cost of the attacker from the PAC learning perspective.


翻译:联邦学习(FL)是一种新兴的分布式学习范式,其核心支柱包括隐私性、效用性和效率性。现有研究表明,同时实现无限小的隐私泄露、效用损失和效率提升是难以达成的。因此,如何在设计FL算法时找到最优权衡解成为关键考量。常见方法是将权衡问题转化为多目标优化问题,即目标是在约束隐私泄露不超过预设值的前提下,最小化效用损失和效率降低。然而,现有的大多数多目标优化框架不仅计算耗时,而且无法保证帕累托前沿的存在性,这促使我们寻求一种将多目标问题转化为单目标问题的解决方案,因为后者更高效且更易求解。为此,我们提出FedPAC这一统一框架,该框架利用PAC学习从样本复杂度角度量化多个目标,这种量化能力使我们能够将多个目标的解空间约束至同一维度,从而借助单目标优化算法进行求解。具体而言,我们从PAC学习视角提供了效用损失、隐私泄露、隐私-效用-效率权衡以及攻击者成本的量化结果与详细分析。

0
下载
关闭预览

相关内容

干货书!基于单调算子的大规模凸优化,348页pdf
专知会员服务
50+阅读 · 2022年7月24日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2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
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2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
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月30日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
0+阅读 · 36分钟前
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:45
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:04
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
4+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
8+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
相关资讯
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关基金
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
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员