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 $n$ 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 under a standard smoothness assumption on the loss. For $1< p\leq 2$, under a standard smoothness assumption, we give a new, linear-time DP-SCO algorithm with optimal excess risk. Previously known constructions with optimal excess risk for $1< p <2$ run in super-linear time in $n$. For $p=1$, we give an algorithm with nearly optimal excess risk. Our result for the $\ell_1$-setup also extends to general polyhedral norms and feasible sets. Moreover, we show that the excess risk bounds resulting from our algorithms for $1\leq p \leq 2$ are attained with high probability. For $2 < p \leq \infty$, we show that existing linear-time constructions for the Euclidean setup attain a nearly optimal excess risk in the low-dimensional regime. As a consequence, we show that such constructions attain a nearly optimal excess risk 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) 平流化( SCO) 是一个根本性问题, 目标是在分布的数据集基础上, 满足对数据集的隐私差异。 私人平流化优化文献中的大部分现有作品侧重于 Euclidean (即, $\ell_ 2美元) 设置, 假设损失为 Lipschitz (可能平稳) 超额风险 w.r.t. 设定, 以将人口风险降低到最低水平, 以美元为标准平滑假设, 以美元为标准标准标准标准标准标准, 以美元为标准, 以美元为标准, 以美元为标准, 以美元为标准, 以美元为标准, 以美元为标准, 以美元为标准, 美元为标准, 以 美元为标准, 以 美元为标准, 以 美元为标准, 以 美元为标准, 以 美元为超额 美元 标准, 以 以 以 美元为标准, 以 以 以 美元 以 美元 以 超额 的 美元 标准算, 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 最高 的 以 以 的 以 以 以 显示 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 最高 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以