精读Hadamard Response论文

本文提出一种基于本地化差分隐私的k-分布算法HR,无需共享随机性且每个用户的通信成本仅为logk+2,显著降低了通信复杂度。服务器计算时间缩短至O(n+k),提升了整体效率。通过哈达玛矩阵进行编码和解码,利用FastWalsh-Hadamard变换提高计算速度。

 

一、摘要

      主要研究问题基于本地化差分隐私的k-分布,之前最佳的算法要求的是线性通信代价(k),而服务器计算时间的n*k,n表示所有的用户样本。

      作者提出的HR不要求共享随机性,并且每个用户输入的数据都是对称的,对于所有的隐私预算ε ,每个用户的通信代价为logk+2,服务器计算时间为O(n+k)。

      文中的编码和解码主要基于哈达玛矩阵,统计性能包括行之间的最大汉明距离,算法高效实现使用了Fast Walsh-Hadamard变换,从而获得计算增益。

 

二、引言

       1、效用值

             我们即希望保护用户的个人隐私,又能够得到多个用户样本的估计分布。

       2、隐私

            之前的隐私分布估计没有考虑到两个重要的资源,用户的通信复杂度和客户端的计算复杂度,特别是在用户数据较多时,计算代价就会很高。

       3、计算复杂度

             heavy hitters中要求共享随机性并且是非对称方案,[7]使用哈达玛变换,与本文不同的是用于形成正交基础和减少存储。

       4、通信复杂度

             每个用户发送到服务端的位数,之前是k位,本文实现了对数通信。

 

三、初始化

转载于:https://www.cnblogs.com/Optimism/p/10615995.html

### Hadamard相关内容概述 Hadamard这个名字在数学和编程领域涉及多个重要概念,主要包括 **Hadamard矩阵**、**Hadamard变换** 和 **Hadamard乘积**。以下是这些主题的具体解释: #### 1. Hadamard矩阵 Hadamard矩阵是一种特殊的方阵,其元素仅由 \(+1\) 或 \(-1\) 组成,并满足正交条件: \[ HH^\top = nI, \] 其中 \(H\) 表示Hadamard矩阵,\(H^\top\) 是其转置矩阵,\(n\) 是矩阵的阶数,而 \(I\) 是单位矩阵[^2]。 Hadamard矩阵的一个典型应用是在信号处理和编码理论中。例如,在通信系统中,它们被用来设计正交码字以减少干扰。 ```python import numpy as np def hadamard_matrix(n): if n == 1: return np.array([[1]]) H = hadamard_matrix(n // 2) return np.block([ [H, H], [H, -H] ]) print(hadamard_matrix(4)) ``` 上述代码展示了如何通过递归方式构建一个大小为 \(4\times4\) 的Hadamard矩阵。 --- #### 2. Hadamard变换 Hadamard变换是一种线性变换,广泛应用于量子计算、图像处理等领域。对于长度为 \(N=2^n\) 的向量 \(v=[v_0,v_1,\dots,v_{N-1}]^T\),Hadamard变换定义如下: \[ H_N v = N^{-1/2} (H_n \otimes H_n)v, \] 其中 \(H_n\) 是基本Hadamard矩阵,\(\otimes\) 表示Kronecker积[^4]。 在量子计算中,单比特Hadamard门常用于创建叠加态。下面是一个简单的Python实现: ```python from scipy.linalg import hadamard # 构造Hadamard变换矩阵 H = hadamard(4) # 应用Hadamard变换到输入向量 input_vector = np.array([1, 0, 0, 0]) output_vector = (1 / np.sqrt(len(H))) * np.dot(H, input_vector) print(output_vector) ``` 此代码片段演示了如何利用 `scipy` 中的工具生成并应用Hadamard变换矩阵。 --- #### 3. Hadamard乘积 Hadamard乘积是指两个相同维度矩阵之间的逐元素相乘操作。如果给定两个矩阵 \(A=(a_{ij})\) 和 \(B=(b_{ij})\),则它们的Hadamard乘积 \(C=A \circ B\) 定义为: \[ c_{ij}=a_{ij}b_{ij}. \] 这种运算常见于机器学习中的张量操作以及神经网络层的设计中[^3]。以下是一段展示Hadamard乘积的代码: ```python A = np.array([[1, 2], [3, 4]]) B = np.array([[5, 6], [7, 8]]) # 计算Hadamard乘积 C = A * B print(C) ``` 执行这段脚本后,输出将是两矩阵对应位置上的数值相乘结果。 --- ### 结论 无论是作为特殊类型的矩阵还是作为一种重要的代数运算形式,Hadamard相关概念都在现代科学和技术中有深远影响。理解这些基础原理有助于深入探索更复杂的算法模型及其实际应用场景。
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