We revisit the problem of releasing the sample mean of bounded samples in a dataset, privately, under user-level $\varepsilon$-differential privacy (DP). We aim to derive the optimal method of preprocessing data samples, within a canonical class of processing strategies, in terms of the error in estimation. Typical error analyses of such \emph{bounding} (or \emph{clipping}) strategies in the literature assume that the data samples are independent and identically distributed (i.i.d.), and sometimes also that all users contribute the same number of samples (data homogeneity) -- assumptions that do not accurately model real-world data distributions. Our main result in this work is a precise characterization of the preprocessing strategy that gives rise to the smallest \emph{worst-case} error over all datasets -- a \emph{distribution-independent} error metric -- while allowing for data heterogeneity. We also show via experimental studies that even for i.i.d. real-valued samples, our clipping strategy performs much better, in terms of \emph{average-case} error, than the widely used bounding strategy of Amin et al. (2019).


翻译:本文重新审视在用户级$\varepsilon$-差分隐私(DP)约束下,私有化发布数据集中有界样本均值的问题。我们旨在通过规范的处理策略类别,推导出在估计误差意义下最优的数据样本预处理方法。文献中对此类边界化(或截断)策略的典型误差分析通常假设数据样本独立同分布(i.i.d.),有时还假设所有用户贡献相同数量的样本(数据同质性)——这些假设无法准确建模真实世界的数据分布。本工作的主要成果是精确刻画了能在数据异质性条件下,对所有数据集产生最小最坏情况误差(一种与分布无关的误差度量)的预处理策略。实验研究进一步表明,即使对于独立同分布的实值样本,我们的截断策略在平均误差方面也显著优于Amin等人(2019)广泛使用的边界化策略。

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