In this work we consider the problem of differentially private computation of quantiles for the data, especially the highest quantiles such as maximum, but with an unbounded range for the dataset. We show that this can be done efficiently through a simple invocation of $\texttt{AboveThreshold}$, a subroutine that is iteratively called in the fundamental Sparse Vector Technique, even when there is no upper bound on the data. In particular, we show that this procedure can give more accurate and robust estimates on the highest quantiles with applications towards clipping that is essential for differentially private sum and mean estimation. In addition, we show how two invocations can handle the fully unbounded data setting. Within our study, we show that an improved analysis of $\texttt{AboveThreshold}$ can improve the privacy guarantees for the widely used Sparse Vector Technique that is of independent interest. We give a more general characterization of privacy loss for $\texttt{AboveThreshold}$ which we immediately apply to our method for improved privacy guarantees. Our algorithm only requires one $O(n)$ pass through the data, which can be unsorted, and each subsequent query takes $O(1)$ time. We empirically compare our unbounded algorithm with the state-of-the-art algorithms in the bounded setting. For inner quantiles, we find that our method often performs better on non-synthetic datasets. For the maximal quantiles, which we apply to differentially private sum computation, we find that our method performs significantly better.


翻译:本文研究数据的分位数(尤其是最大值等高阶分位数)在无界数据范围下的差分隐私计算问题。我们证明,即使数据没有上界,通过简单调用基础稀疏向量技术中迭代使用的子程序$\texttt{AboveThreshold}$即可高效实现该目标。特别地,我们表明该方法能够对高阶分位数提供更准确且鲁棒的估计,并应用于差分隐私求和与均值估计中至关重要的截断操作。此外,我们进一步展示了如何通过两次调用来处理完全无界的数据场景。研究过程中,我们改进了对$\texttt{AboveThreshold}$的分析方法,从而提升了广泛使用的稀疏向量技术的隐私保证,这一改进具有独立的研究价值。我们给出了$\texttt{AboveThreshold}$的隐私损失更通用的刻画,并将其直接应用于我们提出的方法以获得更好的隐私保障。该算法仅需对数据进行单次$O(n)$遍历(数据无需排序),且每次后续查询仅需$O(1)$时间。我们在有界设置下将提出的无界算法与最先进算法进行了经验比较。对于内部分位数,我们发现该方法在非合成数据集上通常表现更优;而对于应用于差分隐私求和计算的最大分位数,我们的方法则展现出显著更好的性能。

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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
1+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
5+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
0+阅读 · 2023年12月1日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
27+阅读 · 2019年11月24日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
11+阅读 · 2018年1月18日
VIP会员
最新内容
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
《无人水面艇文献综述与结构设计》135页
专知会员服务
16+阅读 · 6月13日
相关VIP内容
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月1日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
27+阅读 · 2019年11月24日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
11+阅读 · 2018年1月18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
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
1+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
5+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