Decentralized optimization is gaining increased traction due to its widespread applications in large-scale machine learning and multi-agent systems. The same mechanism that enables its success, i.e., information sharing among participating agents, however, also leads to the disclosure of individual agents' private information, which is unacceptable when sensitive data are involved. As differential privacy is becoming a de facto standard for privacy preservation, recently results have emerged integrating differential privacy with distributed optimization. Although such differential-privacy based privacy approaches for distributed optimization are efficient in both computation and communication, directly incorporating differential privacy design in existing distributed optimization approaches significantly compromises optimization accuracy. In this paper, we propose to redesign and tailor gradient methods for differentially-private distributed optimization, and propose two differential-privacy oriented gradient methods that can ensure both privacy and optimality. We prove that the proposed distributed algorithms can ensure almost sure convergence to an optimal solution under any persistent and variance-bounded differential-privacy noise, which, to the best of our knowledge, has not been reported before. The first algorithm is based on static-consensus based gradient methods and only shares one variable in each iteration. The second algorithm is based on dynamic-consensus (gradient-tracking) based distributed optimization methods and, hence, it is applicable to general directed interaction graph topologies. Numerical comparisons with existing counterparts confirm the effectiveness of the proposed approaches.


翻译:分散化优化由于在大型机器学习和多试剂系统中的广泛应用而正在获得更大的牵引力。同样的机制使得其成功,即参与机构之间的信息共享,但也导致披露单个代理人的私人信息,这在涉及敏感数据时是不可接受的。随着不同隐私正在成为保护隐私的一个事实上的标准,最近的结果已经出现,将不同隐私与分配优化相结合。虽然这种基于差别的基于隐私的分散优化的隐私方法在计算和沟通方面都是有效的,直接将差异隐私设计纳入现有的分布式优化方法,大大降低了优化的准确性。在本文件中,我们提议重新设计和定制梯度方法,用于差异性私营分配优化,并提出两种注重差异的、面向隐私的梯度梯度方法,既能确保隐私,又能优化。我们证明拟议的分布式算法几乎可以确保在任何持续和差异化差异化差异化差异化差异化差异化的优化下实现最佳解决方案的趋同。根据我们的最佳知识,以前没有报告过这种基于静态-一致方法的第一种算法,并且只共享每个变量。第二个基于动态-动态-对比法的优化法是按动态-直对等的当前-方向对等方法。

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