Differentially private (DP) stochastic convex optimization (SCO) is a fundamental problem, where the goal is to approximately minimize the population risk with respect to a convex loss function, given a dataset of i.i.d. samples from a distribution, while satisfying differential privacy with respect to the dataset. Most of the existing works in the literature of private convex optimization focus on the Euclidean (i.e., $\ell_2$) setting, where the loss is assumed to be Lipschitz (and possibly smooth) w.r.t. the $\ell_2$ norm over a constraint set with bounded $\ell_2$ diameter. Algorithms based on noisy stochastic gradient descent (SGD) are known to attain the optimal excess risk in this setting. In this work, we conduct a systematic study of DP-SCO for $\ell_p$-setups. For $p=1$, under a standard smoothness assumption, we give a new algorithm with nearly optimal excess risk. This result also extends to general polyhedral norms and feasible sets. For $p\in(1, 2)$, we give two new algorithms, whose central building block is a novel privacy mechanism, which generalizes the Gaussian mechanism. Moreover, we establish a lower bound on the excess risk for this range of $p$, showing a necessary dependence on $\sqrt{d}$, where $d$ is the dimension of the space. Our lower bound implies a sudden transition of the excess risk at $p=1$, where the dependence on $d$ changes from logarithmic to polynomial, resolving an open question in prior work [TTZ15] . For $p\in (2, \infty)$, noisy SGD attains optimal excess risk in the low-dimensional regime; in particular, this proves the optimality of noisy SGD for $p=\infty$. Our work draws upon concepts from the geometry of normed spaces, such as the notions of regularity, uniform convexity, and uniform smoothness.


翻译:不同的私人(DP) 孔化优化( SCO) 是一个根本性问题, 目标在于根据分布的数据集, 满足对数据集有差异的隐私。 在私人的convex优化文献中, 大部分现有作品都集中在 Euclidean (即$\ell_2美元) 设置上, 损失假定为 lipschitz( 也可能是平滑) w.r.t. 。 美元=2$ 标准中, 美元=2$ 标准中, 与一个受约束的超额损失函数相比, 将人口风险降到最低, 美元=2美元 直径。 基于噪音的渐变梯位(SGD) 的 Algorithms 在这种背景下, 我们对 DP- SC 进行系统系统化研究, 美元=1美元, 在标准平滑度假设中, 美元=1, 我们给出了一种接近最佳超额风险的新算法。

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