Many applications of representation learning, such as privacy preservation, algorithmic fairness, and domain adaptation, desire explicit control over semantic information being discarded. This goal is formulated as satisfying two objectives: maximizing utility for predicting a target attribute while simultaneously being invariant (independent) to a known semantic attribute. Solutions to invariant representation learning (IRepL) problems lead to a trade-off between utility and invariance when they are competing. While existing works study bounds on this trade-off, two questions remain outstanding: 1) What is the exact trade-off between utility and invariance? and 2) What are the encoders (mapping the data to a representation) that achieve the trade-off, and how can we estimate it from training data? This paper addresses these questions for IRepLs in reproducing kernel Hilbert spaces (RKHS)s. Under the assumption that the distribution of a low-dimensional projection of high-dimensional data is approximately normal, we derive a closed-form solution for the global optima of the underlying optimization problem for encoders in RKHSs. This yields closed formulae for a near-optimal trade-off, corresponding optimal representation dimensionality, and the corresponding encoder(s). We also numerically quantify the trade-off on representative problems and compare them to those achieved by baseline IRepL algorithms.


翻译:代表学习的许多应用,如隐私保护、算法公平性和领域适应性,都希望明确控制被抛弃的语义信息。这个目标是满足两个目标的:在预测目标属性的同时,最大限度地发挥效用,同时对已知的语义属性具有差异性(独立); 解决代表性学习(IRepL)问题导致在竞争时在效用和差异之间取舍。 虽然关于这一权衡的现有工程研究的界限,但有两个问题仍然悬而未决:(1) 效用和变异性之间的精确权衡是什么?和(2) 实现交易的编码器(将数据映射成一个表示法)是什么? 我们如何从培训数据中估算出目标属性? 本文探讨在复制内核希尔伯特空间(RKHS)的过程中,国际代表性(IRHS)问题是如何解决的。根据高度数据的低度预测的分布是正常的假设,我们为RKHS系统编码者全球优化问题的基础选择了一种封闭式解决办法(将数据映射成一个代表制模型),我们通过最接近的基度的基度和数字代表性实现了这些封闭式公式。

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