In this paper, we study private optimization problems for non-smooth convex functions $F(x)=\mathbb{E}_i f_i(x)$ on $\mathbb{R}^d$. We show that modifying the exponential mechanism by adding an $\ell_2^2$ regularizer to $F(x)$ and sampling from $\pi(x)\propto \exp(-k(F(x)+\mu\|x\|_2^2/2))$ recovers both the known optimal empirical risk and population loss under $(\epsilon,\delta)$-DP. Furthermore, we show how to implement this mechanism using $\widetilde{O}(n \min(d, n))$ queries to $f_i(x)$ for the DP-SCO where $n$ is the number of samples/users and $d$ is the ambient dimension. We also give a (nearly) matching lower bound $\widetilde{\Omega}(n \min(d, n))$ on the number of evaluation queries. Our results utilize the following tools that are of independent interest: (1) We prove Gaussian Differential Privacy (GDP) of the exponential mechanism if the loss function is strongly convex and the perturbation is Lipschitz. Our privacy bound is \emph{optimal} as it includes the privacy of Gaussian mechanism as a special case and is proved using the isoperimetric inequality for strongly log-concave measures. (2) We show how to sample from $\exp(-F(x)-\mu \|x\|^2_2/2)$ for $G$-Lipschitz $F$ with $\eta$ error in total variation (TV) distance using $\widetilde{O}((G^2/\mu) \log^2(d/\eta))$ unbiased queries to $F(x)$. This is the first sampler whose query complexity has \emph{polylogarithmic dependence} on both dimension $d$ and accuracy $\eta$.


翻译:在本文中, 我们研究非moot convex 功能的私人优化问题 $F( x) {mathb{E ⁇ i f_i(x)$$, 美元=mathb{R ⁇ d$。 我们显示, 通过将 $\ ell_ 2x2 的常规化器添加到 $F(x) 美元, 并用 $\ pi(x)\ propto\ exp( k)( F(x)\\ mu_ \\\ \ \ \ \ \ \ 2/ 2/ /2) 美元, 回收了已知的最佳经验风险和在 $( epsl,\ delta) 美元- DP下的人口损失 。 此外, 我们展示了如何使用 $\ comperitial deal deal deal demology 来实施这个机制 。

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