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分别裁剪主体与尾部:具有重尾的 DPSGD 的高概率保证

机器学习 2024-05-29 v1 密码学与安全

摘要

差分私有随机梯度下降(DPSGD)被广泛用于在深度学习中保护训练数据隐私,它首先将梯度裁剪到预定义的范数,然后在校准的噪声中注入训练过程。现有的 DPSGD 工作通常假设梯度服从亚高斯分布,并设计各种裁剪机制以优化训练性能。然而,最近的研究表明,深度学习中的梯度表现出重尾现象,即梯度的尾部具有无限方差,这可能导致现有 DPSGD 机制对梯度产生过度的裁剪损失。为了解决这个问题,我们提出了一种新方法,判别式裁剪(DC)-DPSGD,包含两个关键设计。首先,我们引入了一种子空间识别技术来区分主体梯度和尾部梯度。其次,我们提出了一种判别式裁剪机制,对主体梯度和尾部梯度应用不同的裁剪阈值以减少裁剪损失。在非凸条件下,\ourtech{} 将经验梯度范数从 {O(logmax(0,θ1)(T/δ)log2θ(T)){\mathbb{O}\left(\log^{\max(0,\theta-1)}(T/\delta)\log^{2\theta}(\sqrt{T})\right)}} 降低到 {O(log(T)){\mathbb{O}\left(\log(\sqrt{T})\right)}},其中重尾指数 θ1/2\theta\geq 1/2,迭代次数 TT,任意概率 δ\delta。在四个真实世界数据集上的大量实验表明,我们的方法在准确率方面比三个基线高出多达 9.72\%。

关键词

引用

@article{arxiv.2405.17529,
  title  = {Clip Body and Tail Separately: High Probability Guarantees for DPSGD with Heavy Tails},
  author = {Haichao Sha and Yang Cao and Yong Liu and Yuncheng Wu and Ruixuan Liu and Hong Chen},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2405.17529},
  year   = {2024}
}