在线学习环境（即联合学习（FL））中，合作学习范式的迅速增加。与大多数FL设置不同，在许多情况下，代理商具有竞争力。每个代理商都想向他人学习，但是它为他人分享的信息的一部分可能很敏感。因此，它希望其隐私。这项工作调查了一组代理人同时工作，以解决类似的组合匪徒问题，同时保持质量约束。这些代理商可以通过使用差异隐私来保密其敏感信息的同时学习敏感信息吗？我们观察到交流可以减少遗憾。但是，保护敏感信息的差异隐私技术使数据嘈杂，并且可能会恶化，而不是帮助改善遗憾。因此，我们注意到，必须决定何时交流以及学习哪些共享数据以学会在遗憾和隐私之间取得功能平衡。对于这样的联合组合MAB设置，我们提出了一个保护隐私的联合联合组合匪徒，P-FCB。我们通过模拟说明了P-FCB的功效。我们进一步表明，我们的算法在遗憾方面提供了改善，同时维护质量阈值和有意义的隐私保证。

在本文中，我们仅使用部分分布式反馈来研究全球奖励最大化的问题。这个问题是由几个现实世界应用程序（例如蜂窝网络配置，动态定价和政策选择）激发的，其中中央实体采取的行动会影响有助于全球奖励的大量人群。但是，从整个人群那里收集此类奖励反馈不仅会产生高昂的成本，而且经常导致隐私问题。为了解决此问题，我们考虑了差异的私有分布式线性土匪，其中只选择了来自人群的一部分用户（称为客户）来参与学习过程，并且中央服务器通过迭代地汇总这些部分从这种部分反馈中学习了全局模型客户的本地反馈以差异化的方式。然后，我们提出了一个统一的算法学习框架，称为差异性分布式分布式消除（DP-DPE），该框架可以与流行的差异隐私（DP）模型（包括中央DP，Local DP，Local DP和Shuffle DP）自然集成。此外，我们证明DP-DPE既可以达到统一的遗憾，又实现了额定性沟通成本。有趣的是，DP-DPE也可以“免费”获得隐私保护，这是因为由于隐私保证是一个较低的加法术语。此外，作为我们技术的副产品，对于标准的差异私有线性匪徒，也可以实现“自由”隐私的相同结果。最后，我们进行模拟以证实我们的理论结果并证明DP-DPE的有效性。

通信瓶颈和数据隐私是联邦多武装强盗（MAB）问题中的两个至关重要的问题，例如通过无线连接车辆的决策和建议的情况。在本文中，我们在这些问题中设计了隐私保留的通信有效的算法，并在遗憾方面研究隐私，沟通和学习绩效之间的互动。具体而言，我们设计隐私保留的学习算法和通信协议，并在网络私人代理在主工作人员，分散和混合结构中进行在线强盗学习时，从而导出学习遗憾。我们的强盗学习算法基于每个代理和代理在每个时代结束时与服务器/彼此交换学习知识的庞大的子最优手臂。此外，我们采用差异隐私（DP）方法在交换信息时保护每个代理人的数据隐私;并且我们通过减少频繁的沟通与较少的代理商参与来缩短沟通成本。通过分析我们拟议的算法框架，在硕士劳动，分散和混合结构中的暗示框架，理论上显示了遗憾和沟通成本/隐私之间的权衡。最后，我们经验展示了与我们理论分析一致的这些权衡。

我们考虑在差异隐私（DP）的分布式信任模型下考虑标准的$ k $武装匪徒问题，该问题使得无需可信赖的服务器保证隐私。在此信任模型下，先前的工作主要集中在使用Shuffle协议实现隐私，在此过程中，在发送到中央服务器之前，将一批用户数据随机排列。通过牺牲额外的添加剂$ o \！\ left（\！\ frac {k \ log t \ sqrt {\ log（1/\ delta）}} } {\ epsilon} \！\ right）\！$在$ t $ - 步骤累积遗憾中成本。相比之下，在广泛使用的中央信托模型下实现更强（$ \ epsilon，0 $）或纯dp保证的最佳隐私成本仅为$ \ theta \！\ left（\！\ frac {k \ log t t t } {\ epsilon} \！\ right）\！$，但是，需要一个受信任的服务器。在这项工作中，我们旨在获得分布式信托模型下的纯DP保证，同时牺牲比中央信托模型的遗憾。我们通过基于连续的ARM消除设计通用的匪徒算法来实现这一目标，在这种情况下，通过使用安全的计算协议确保使用等效的离散拉普拉斯噪声来损坏奖励来保证隐私。我们还表明，当使用Skellam噪声和安全协议实例化时，我们的算法可确保\ emph {r \'{e} nyi差异隐私} - 一个比分布式信任模型的近似dp更强的概念$ o \！\ left（\！\ frac {k \ sqrt {\ log t}}}} {\ epsilon} \！\ right）\！$。

土匪算法已成为交互式建议的参考解决方案。但是，由于这种算法直接与用户进行改进的建议，因此对其实际使用提出了严重的隐私问题。在这项工作中，我们通过基于树的机制提出了一种差异性的线性上下文匪徒算法，以将拉普拉斯或高斯噪声添加到模型参数中。我们的关键见解是，随着模型在在线更新过程中收敛时，其参数的全局灵敏度随着时间的推移而缩小（因此命名为动态全局灵敏度）。与现有解决方案相比，我们动态的全球敏感性分析使我们能够减少噪声以获得$（\ epsilon，\ delta）$ - 差异隐私，并具有$ \ tilde o（\ log {t} \ sqrt中的噪声注入引起的额外遗憾） {t}/\ epsilon）$。我们通过动态全局灵敏度和我们提出的算法的相应上后悔界限提供了严格的理论分析。合成和现实世界数据集的实验结果证实了该算法对现有解决方案的优势。

上下文多臂强盗（MAB）是推荐系统中重要的顺序决策问题。一系列称为土匪（俱乐部）聚集的作品，利用了对用户的协作效果，并显着提高了建议质量。由于应用程序量表的日益增加和对隐私的关注，因此需求不断增加，以使用户数据分散并将匪徒学习推向本地服务器端。但是，现有的俱乐部算法是在中央服务器上可用的集中设置下设计的。我们专注于研究Bandit（FCLUB）问题的联合在线聚类，该问题旨在最大程度地减少遗憾，同时满足隐私和沟通的考虑。我们为群集检测设计了一种新的基于阶段的方案，并为解决此问题的合作强盗学习提供了一种新型的异步通信协议。为了保护用户的隐私，以前的差异隐私（DP）定义不是很合适，我们提出了一个在用户群集级别上起作用的新DP概念。我们提供了严格的证据，以证明我们的算法同时实现（聚类）DP，sublrinear沟通复杂性和sublrinear遗憾。最后，实验评估表明，与基准算法相比，我们的表现出色。

上下文强盗算法广泛用于域中，其中期望通过利用上下文信息提供个性化服务，这可能包含需要保护的敏感信息。灵感来自这种情况，我们研究了差异隐私（DP）约束的上下文线性强盗问题。虽然文献专注于集中式（联合DP）或本地（本地DP）隐私，但我们考虑了隐私的洗牌模型，我们表明可以在JDP和LDP之间实现隐私/实用权折衷。通过利用隐私和批处理从匪徒进行洗牌，我们介绍了一个遗憾的遗留率$ \ widetilde {\ mathcal {o}}（t ^ {2/3} / \ varepsilon ^ {1/3}）$，同时保证中央（联合）和当地隐私。我们的结果表明，通过利用Shuffle模型在保留本地隐私时，可以在JDP和LDP之间获得权衡。

We consider the classic online learning and stochastic multi-armed bandit (MAB) problems, when at each step, the online policy can probe and find out which of a small number ($k$) of choices has better reward (or loss) before making its choice. In this model, we derive algorithms whose regret bounds have exponentially better dependence on the time horizon compared to the classic regret bounds. In particular, we show that probing with $k=2$ suffices to achieve time-independent regret bounds for online linear and convex optimization. The same number of probes improve the regret bound of stochastic MAB with independent arms from $O(\sqrt{nT})$ to $O(n^2 \log T)$, where $n$ is the number of arms and $T$ is the horizon length. For stochastic MAB, we also consider a stronger model where a probe reveals the reward values of the probed arms, and show that in this case, $k=3$ probes suffice to achieve parameter-independent constant regret, $O(n^2)$. Such regret bounds cannot be achieved even with full feedback after the play, showcasing the power of limited ``advice'' via probing before making the play. We also present extensions to the setting where the hints can be imperfect, and to the case of stochastic MAB where the rewards of the arms can be correlated.

我们研究了具有$ \ epsilon $ -Global差异隐私（DP）的多臂土匪的问题。首先，我们证明了使用$ \ epsilon $ -Global DP量化土匪硬度的随机和线性土匪的最小值和问题依赖的后悔下限。这些界限表明存在两个硬度制度，具体取决于隐私预算$ \ epsilon $。在高私人制度（小$ \ epsilon $）中，硬度取决于隐私的耦合效果以及有关奖励分布的部分信息。在低私人制度（大$ \ epsilon $）中，具有$ \ epsilon $ -Global DP的土匪并不比没有隐私的土匪更难。对于随机匪徒，我们进一步提出了一个通用框架，以设计基于索引的乐观强盗算法的近乎最佳的$ \ epsilon $全局DP扩展。该框架由三种成分组成：拉普拉斯机制，依赖手臂的自适应发作以及仅在最后一集中收集的奖励来计算私人统计数据。具体而言，我们实例化了UCB和KL-UCB算法的Epsilon $ -Global DP扩展，即ADAP-UCB和ADAP-KLUCB。 Adap-klucb是两者都满足$ \ epsilon $ -Global DP的第一种算法，并产生了遗憾的上限，与问题依赖性下限与乘法常数相匹配。

在本文中，我们提出了针对中央，局部和洗牌模型中随机线性匪徒问题的差异私有算法。在中心模型中，我们获得了与最佳非私有算法的遗憾，这意味着我们可以免费获得隐私。特别是，我们感到遗憾的是$ \ tilde {o}（\ sqrt {t}+\ frac {1} {\ epsilon}）$匹配已知的私有线性匪徒的较低限制，而最佳以前已知的算法实现了$ \ tilde {o}（\ frac {1} {\ epsilon} \ sqrt {t}）$。在当地情况下，我们感到遗憾的是$ \ tilde {o}（\ frac {1} {\ epsilon} {\ sqrt {t}} $，与常数$ \ epsilon $相匹配的非私人遗憾，但是当$ \ epsilon $很小时，会受到遗憾的处罚。在洗牌模型中，我们还遗憾地对$ \ tilde {o}（\ sqrt {t}+\ frac {1} {\ epsilon} {\ epsilon}）$％$ \ epsilon $，如中心案例，而最佳情况是以前已知的算法对$ \ tilde {o}（\ frac {1} {\ epsilon} {t^{3/5}}）$感到遗憾。我们的数值评估验证了我们的理论结果。

我们考虑涉及一组代理的在线估计问题。每个代理都可以访问（个人）流程，该过程从实数分布中生成样本，并试图估算其平均值。我们研究了某些分布具有相同均值的情况，并且允许代理人积极查询其他代理商的信息。目的是设计一种算法，该算法使每个代理都能够通过与其他代理商进行沟通来改善其平均估计。平均值的均值和分布数量尚不清楚，这使得任务是非平凡的。我们介绍了一种新颖的协作策略，以解决这个在线个性化的平均估计问题。我们分析其时间复杂性，并引入在数值实验中享有良好性能的变体。我们还将我们的方法扩展到了具有相似手段的代理商群体寻求估算其群集的平均值的环境。

在差异隐私（DP）的约束下，我们在有限地域表格马尔可夫决策过程（MDP）中研究了遗憾最小化。这是由强化学习（RL）在现实世界顺序决策中的广泛应用程序的推动，保护用户敏感和私人信息变得最大程度。我们考虑了两种DP - 关节DP（JDP）的变体，其中集中式代理负责保护用户的敏感数据和本地DP（LDP），其中需要直接在用户端保护信息。我们首先提出了两个一般框架 - 一个用于策略优化，另一个用于迭代 - 用于设计私有，乐观的RL算法。然后，我们将这些框架实例化了合适的隐私机制来满足JDP和LDP要求，并同时获得Sublinear遗憾担保。遗憾的界限表明，在JDP下，隐私费用只是较低的秩序添加剂项，而在LDP下，对于更强的隐私保护，遭受的成本是乘法的。最后，通过统一的分析获得了遗憾范围，我们相信，我们相信，可以超出表格MDP。

联邦学习（FL）是大规模分布式学习的范例，它面临两个关键挑战：（i）从高度异构的用户数据和（ii）保护参与用户的隐私的高效培训。在这项工作中，我们提出了一种新颖的流动方法（DP-SCaffold）来通过将差异隐私（DP）约束结合到流行的脚手架算法中来解决这两个挑战。我们专注于有挑战性的环境，用户在没有任何可信中介的情况下与“诚实但奇怪的”服务器沟通，这需要确保隐私不仅可以访问最终模型的第三方，而且还要对服务器观察所有用户通信。使用DP理论的高级结果，我们建立了凸面和非凸面目标算法的融合。我们的分析清楚地突出了数据异质性下的隐私式折衷，并且当局部更新的数量和异质性水平增长时，展示了在最先进的算法DP-Fedivg上的DP-Scaffold的优越性。我们的数值结果证实了我们的分析，并表明DP-Scaffold在实践中提供了重大的收益。

我们考虑随机多武装强盗（MAB）问题，延迟影响了行动。在我们的环境中，过去采取的行动在随后的未来影响了ARM奖励。在现实世界中，行动的这种延迟影响是普遍的。例如，为某个社会群体中的人员偿还贷款的能力可能历史上历史上批准贷款申请的频率频率。如果银行将贷款申请拒绝拒绝弱势群体，则可以创建反馈循环，进一步损害该群体中获取贷款的机会。在本文中，我们制定了在多武装匪徒的背景下的行动延迟和长期影响。由于在学习期间，我们将强盗设置概括为对这种“偏置”的依赖性进行编码。目标是随着时间的推移最大化收集的公用事业，同时考虑到历史行动延迟影响所产生的动态。我们提出了一种算法，实现了$ \ tilde {\ mathcal {o}}的遗憾，并显示$ \ omega（kt ^ {2/3}）$的匹配遗憾下限，其中$ k $是武器数量，$ t $是学习地平线。我们的结果通过添加技术来补充强盗文献，以处理具有长期影响的行动，并对设计公平算法有影响。

我们考虑带有背包的土匪（从此以后，BWK），这是一种在供应/预算限制下的多臂土匪的通用模型。特别是，强盗算法需要解决一个众所周知的背包问题：找到最佳的物品包装到有限尺寸的背包中。 BWK问题是众多激励示例的普遍概括，范围从动态定价到重复拍卖，再到动态AD分配，再到网络路由和调度。尽管BWK的先前工作集中在随机版本上，但我们开创了可以在对手身上选择结果的另一个极端。与随机版本和“经典”对抗土匪相比，这是一个更加困难的问题，因为遗憾的最小化不再可行。相反，目的是最大程度地减少竞争比率：基准奖励与算法奖励的比率。我们设计了一种具有竞争比O（log t）的算法，相对于动作的最佳固定分布，其中T是时间范围；我们还证明了一个匹配的下限。关键的概念贡献是对问题的随机版本的新观点。我们为随机版本提出了一种新的算法，该算法是基于重复游戏中遗憾最小化的框架，并且与先前的工作相比，它具有更简单的分析。然后，我们为对抗版本分析此算法，并将其用作求解后者的子例程。

We consider distributed linear bandits where $M$ agents learn collaboratively to minimize the overall cumulative regret incurred by all agents. Information exchange is facilitated by a central server, and both the uplink and downlink communications are carried over channels with fixed capacity, which limits the amount of information that can be transmitted in each use of the channels. We investigate the regret-communication trade-off by (i) establishing information-theoretic lower bounds on the required communications (in terms of bits) for achieving a sublinear regret order; (ii) developing an efficient algorithm that achieves the minimum sublinear regret order offered by centralized learning using the minimum order of communications dictated by the information-theoretic lower bounds. For sparse linear bandits, we show a variant of the proposed algorithm offers better regret-communication trade-off by leveraging the sparsity of the problem.

隐私和沟通效率是联邦神经网络培训中的重要挑战，并将它们组合仍然是一个公开的问题。在这项工作中，我们开发了一种统一高度压缩通信和差异隐私（DP）的方法。我们引入基于相对熵编码（REC）到联合设置的压缩技术。通过对REC进行微小的修改，我们获得了一种可怕的私立学习算法，DP-REC，并展示了如何计算其隐私保证。我们的实验表明，DP-REC大大降低了通信成本，同时提供与最先进的隐私保证。

We study the best-arm identification problem in multi-armed bandits with stochastic, potentially private rewards, when the goal is to identify the arm with the highest quantile at a fixed, prescribed level. First, we propose a (non-private) successive elimination algorithm for strictly optimal best-arm identification, we show that our algorithm is $\delta$-PAC and we characterize its sample complexity. Further, we provide a lower bound on the expected number of pulls, showing that the proposed algorithm is essentially optimal up to logarithmic factors. Both upper and lower complexity bounds depend on a special definition of the associated suboptimality gap, designed in particular for the quantile bandit problem, as we show when the gap approaches zero, best-arm identification is impossible. Second, motivated by applications where the rewards are private, we provide a differentially private successive elimination algorithm whose sample complexity is finite even for distributions with infinite support-size, and we characterize its sample complexity. Our algorithms do not require prior knowledge of either the suboptimality gap or other statistical information related to the bandit problem at hand.

差异化（DP）随机凸优化（SCO）在可信赖的机器学习算法设计中无处不在。本文研究了DP-SCO问题，该问题是从分布中采样并顺序到达的流媒体数据。我们还考虑了连续发布模型，其中与私人信息相关的参数已在每个新数据（通常称为在线算法）上更新和发布。尽管已经开发了许多算法，以实现不同$ \ ell_p $ norm几何的最佳多余风险，但是没有一个现有的算法可以适应流和持续发布设置。为了解决诸如在线凸优化和隐私保护的挑战，我们提出了一种在线弗兰克 - 沃尔夫算法的私人变体，并带有递归梯度，以减少差异，以更新和揭示每个数据上的参数。结合自适应差异隐私分析，我们的在线算法在线性时间中实现了最佳的超额风险，当$ 1 <p \ leq 2 $和最先进的超额风险达到了非私人较低的风险时，当$ 2 <p \ p \ $ 2 <p \ leq \ infty $。我们的算法也可以扩展到$ p = 1 $的情况，以实现几乎与维度无关的多余风险。虽然先前的递归梯度降低结果仅在独立和分布的样本设置中才具有理论保证，但我们在非平稳环境中建立了这样的保证。为了展示我们方法的优点，我们设计了第一个DP算法，用于具有对数遗憾的高维广义线性土匪。使用多种DP-SCO和DP-Bandit算法的比较实验表现出所提出的算法的功效和实用性。

本文研究了Markov决策过程（MDP）的隐私保留探索，线性表示。我们首先考虑线性混合MDP（Ayoub等，2020）（A.K.A.基于模型的设置）的设置，并提供统一的框架，用于分析关节和局部差异私有（DP）探索。通过这个框架，我们证明了一个$ \ widetilde {o}（k ^ {3/4} / \ sqrt {\ epsilon}）$遗憾绑定$（\ epsilon，\ delta）$ - 本地DP探索和$ \widetilde {o}（\ sqrt {k / \ epsilon}）$后悔绑定$（\ epsilon，\ delta）$ - 联合dp。我们进一步研究了Linear MDP中的隐私保留探索（Jin等，2020）（AKA \ Forws-Free Setting），我们提供$ \ widetilde {o}（\ sqrt {k / \ epsilon}）$后悔绑定$（\ epsilon，\ delta）$ - 关节dp，具有基于低切换的新型算法。最后，我们提供了在这种无模型设置中设计本地DP算法的问题的见解。