#minimax-approximation

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👥 作者: Jiheon Woo, Donggyun Ryu, Yongjune Kim

本文研究同态加密(HE)环境下,使用多项式逼近非线性激活函数时,逼近区间选择与近似误差之间的权衡问题。在HE中,运算仅限于加法和乘法,因此非多项式激活函数必须用多项式近似。Minimax近似(如Remez算法)能最小化给定区间内的最大逼近误差,但区间宽度是关键超参数:宽区间提高对大输入值的鲁棒性,但固定多项式阶数下会增加最大逼近误差。论文将此权衡形式化为一个分布感知的区间优化问题,其中根据预激活值的分布选择逼近区间以最小化均方误差(MSE)。为有效控制区间外输入,作者结合了域扩展函数(DEF)及其HE可实现的对应项——域扩展多项式(DEP),它们模拟区间外的裁剪操作,抑制不受控的多项式外推。首先推导了一个解析易处理的DEF代理目标,该目标捕捉了区间内minimax逼近误差与区间外裁剪误差之间的权衡。然后通过实现误差分解及其上界,将此理想目标与HE可实现的DEP构造联系起来。实验部分通过数值例子验证了所提方法的有效性,表明该方法能根据数据分布自适应选择区间,在保持低逼近误差的同时提高对大输入的鲁棒性。该工作为HE推理中激活函数的精确高效逼近提供了新思路。

💡 推荐理由: 该研究解决了同态加密中多项式逼近的关键超参数选择问题,能提升隐私推理的准确性和鲁棒性,对HE实际部署有重要意义。

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