Two major challenges in distributed learning and estimation are 1) preserving the privacy of the local samples; and 2) communicating them efficiently to a central server, while achieving high accuracy for the end-to-end task. While there has been significant interest in addressing each of these challenges separately in the recent literature, treatments that simultaneously address both challenges are still largely missing. In this paper, we develop novel encoding and decoding mechanisms that simultaneously achieve optimal privacy and communication efficiency in various canonical settings. In particular, we consider the problems of mean estimation and frequency estimation under $\varepsilon$-local differential privacy and $b$-bit communication constraints. For mean estimation, we propose a scheme based on Kashin's representation and random sampling, with order-optimal estimation error under both constraints. For frequency estimation, we present a mechanism that leverages the recursive structure of Walsh-Hadamard matrices and achieves order-optimal estimation error for all privacy levels and communication budgets. As a by-product, we also construct a distribution estimation mechanism that is rate-optimal for all privacy regimes and communication constraints, extending recent work that is limited to $b=1$ and $\varepsilon=O(1)$. Our results demonstrate that intelligent encoding under joint privacy and communication constraints can yield a performance that matches the optimal accuracy achievable under either constraint alone.


翻译:分布式学习和估算方面的两大挑战是:(1) 维护当地样本的隐私;(2) 将样本有效地传递给中央服务器,同时实现端到端任务的高度准确性;虽然最近文献对分别应对其中每一项挑战都有很大兴趣,但同时应对这两项挑战的处理方法仍然基本缺乏。在本文中,我们开发了新的编码和解码机制,同时在各种气候环境中实现最佳隐私和通信效率。特别是,我们考虑在$\varepsilon-当地差异隐私和美元比特通信限制下的平均估计和频率估计问题。关于平均估算,我们提议基于Kashin的表述和随机抽样,在两种限制下都存在定点最佳估计错误。关于频率估算,我们提出了一个机制,利用沃尔什-哈马德基体的循环结构,实现所有隐私水平和通信预算的定点最佳估计错误。作为副产品,我们还建立了一种对所有隐私制度和通信限制都最优化的分布估计机制。关于平均估算机制,将最近的工作扩大到以Kashin的准确性($=1美元)和在最佳的通信限制下,能够展示我们最佳的智能安全度(美元)下,在最佳的升级(美元)下,能够显示最佳的精确性要求。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
26+阅读 · 2021年5月9日
专知会员服务
41+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
2019年机器学习框架回顾
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月11日
计算机 | 入门级EI会议ICVRIS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年6月24日
【泡泡汇总】CVPR2019 SLAM Paperlist
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
CCF C类 | DSAA 2019 诚邀稿件
Call4Papers
6+阅读 · 2019年5月13日
已删除
将门创投
5+阅读 · 2019年5月5日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
【今日新增】IEEE Trans.专刊截稿信息8条
Call4Papers
7+阅读 · 2017年6月29日
Arxiv
5+阅读 · 2018年5月31日
VIP会员
相关资讯
计算机 | 入门级EI会议ICVRIS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年6月24日
【泡泡汇总】CVPR2019 SLAM Paperlist
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
CCF C类 | DSAA 2019 诚邀稿件
Call4Papers
6+阅读 · 2019年5月13日
已删除
将门创投
5+阅读 · 2019年5月5日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
【今日新增】IEEE Trans.专刊截稿信息8条
Call4Papers
7+阅读 · 2017年6月29日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员