Beta hebbian learning: definition and analysis of a new family of learning rules for exploratory projection pursuit

[EN] This thesis comprises an investigation into the derivation of learning rules in artificial neural networks from probabilistic criteria. •Beta Hebbian Learning (BHL). First of all, it is derived a new family of learning rules which are based on maximising the likelihood of the residual from a negative feedback network when such residual is deemed to come from the Beta Distribution, obtaining an algorithm called Beta Hebbian Learning, which outperforms current neural algorithms in Exploratory Projection Pursuit. • Beta-Scale Invariant Map (Beta-SIM). Secondly, Beta Hebbian Learning is applied to a well-known Topology Preserving Map algorithm called Scale Invariant Map (SIM) to design a new of its version called Beta-Scale Invariant Map (Beta-SIM). It is developed to facilitate the clustering and visualization of the internal structure of high dimensional complex datasets effectively and efficiently, specially those characterized by having internal radial distribution. The Beta-SIM behaviour is thoroughly analysed comparing its results, in terms performance quality measures with other well-known topology preserving models. • Weighted Voting Superposition Beta-Scale Invariant Map (WeVoS-Beta-SIM). Finally, the use of ensembles such as the Weighted Voting Superposition (WeVoS) is tested over the previous novel Beta-SIM algorithm, in order to improve its stability and to generate accurate topology maps when using complex datasets. Therefore, the WeVoS-Beta-Scale Invariant Map (WeVoS-Beta-SIM), is presented, analysed and compared with other well-known topology preserving models. All algorithms have been successfully tested using different artificial datasets to corroborate their properties and also with high-complex real datasets.[ES] Esta tesis abarca la investigación sobre la derivación de reglas de aprendizaje en redes neuronales artificiales a partir de criterios probabilísticos. • Beta Hebbian Learning (BHL). En primer lugar, se deriva una nueva familia de reglas de aprendizaje basadas en maximizar la probabilidad del residuo de una red con retroalimentación negativa cuando se considera que dicho residuo proviene de la Distribución Beta, obteniendo un algoritmo llamado Beta Hebbian Learning, que mejora a algoritmos neuronales actuales de búsqueda de proyecciones exploratorias. • Beta-Scale Invariant Map (Beta-SIM). En Segundo lugar, Beta Hebbian Learning se aplica a un conocido algoritmo de Mapa de Preservación de la Topología llamado Scale Invariant Map (SIM) para diseñar una nueva versión llamada Beta-Scale Invariant Map (Beta-SIM). Este nuevo algoritmo ha sido desarrollado para facilitar el agrupamiento y visualización de la estructura interna de conjuntos de datos complejos de alta dimensionalidad de manera eficaz y eficiente, especialmente aquellos caracterizados por tener una distribución radial interna. El comportamiento de Beta-SIM es analizado en profundidad comparando sus resultados, en términos de medidas de calidad de rendimiento con otros modelos bien conocidos de preservación de topología. • Weighted Voting Superposition Beta-Scale Invariant Map (WeVoS-Beta-SIM). Finalmente, el uso de ensembles como el Weighted Voting Superposition (WeVoS) sobre el algoritmo Beta-SIM es probado, con objeto de mejorar su estabilidad y generar mapas topológicos precisos cuando se utilizan conjuntos de datos complejos. Por lo tanto, se presenta, analiza y compara el WeVoS-Beta-Scale Invariant Map (WeVoS-Beta-SIM) con otros modelos bien conocidos de preservación de topología. Todos los algoritmos han sido probados con éxito sobre conjuntos de datos artificiales para corroborar sus propiedades, así como con conjuntos de datos reales de gran complejidad

The use of computational intelligence for security in named data networking

Information-Centric Networking (ICN) has recently been considered as a promising paradigm for the next-generation Internet, shifting from the sender-driven end-to-end communication paradigma to a receiver-driven content retrieval paradigm. In ICN, content -rather than hosts, like in IP-based design- plays the central role in the communications. This change from host-centric to content-centric has several significant advantages such as network load reduction, low dissemination latency, scalability, etc. One of the main design requirements for the ICN architectures -since the beginning of their design- has been strong security. Named Data Networking (NDN) (also referred to as Content-Centric Networking (CCN) or Data-Centric Networking (DCN)) is one of these architectures that are the focus of an ongoing research effort that aims to become the way Internet will operate in the future. Existing research into security of NDN is at an early stage and many designs are still incomplete. To make NDN a fully working system at Internet scale, there are still many missing pieces to be filled in. In this dissertation, we study the four most important security issues in NDN in order to defense against new forms of -potentially unknown- attacks, ensure privacy, achieve high availability, and block malicious network traffics belonging to attackers or at least limit their effectiveness, i.e., anomaly detection, DoS/DDoS attacks, congestion control, and cache pollution attacks. In order to protect NDN infrastructure, we need flexible, adaptable and robust defense systems which can make intelligent -and real-time- decisions to enable network entities to behave in an adaptive and intelligent manner. In this context, the characteristics of Computational Intelligence (CI) methods such as adaption, fault tolerance, high computational speed and error resilient against noisy information, make them suitable to be applied to the problem of NDN security, which can highlight promising new research directions. Hence, we suggest new hybrid CI-based methods to make NDN a more reliable and viable architecture for the future Internet.Information-Centric Networking (ICN) ha sido recientemente considerado como un paradigma prometedor parala nueva generación de Internet, pasando del paradigma de la comunicación de extremo a extremo impulsada por el emisora un paradigma de obtención de contenidos impulsada por el receptor. En ICN, el contenido (más que los nodos, como sucede en redes IPactuales) juega el papel central en las comunicaciones. Este cambio de "host-centric" a "content-centric" tiene varias ventajas importantes como la reducción de la carga de red, la baja latencia, escalabilidad, etc. Uno de los principales requisitos de diseño para las arquitecturas ICN (ya desde el principiode su diseño) ha sido una fuerte seguridad. Named Data Networking (NDN) (también conocida como Content-Centric Networking (CCN) o Data-Centric Networking (DCN)) es una de estas arquitecturas que son objetode investigación y que tiene como objetivo convertirse en la forma en que Internet funcionará en el futuro. Laseguridad de NDN está aún en una etapa inicial. Para hacer NDN un sistema totalmente funcional a escala de Internet, todavía hay muchas piezas que faltan por diseñar. Enesta tesis, estudiamos los cuatro problemas de seguridad más importantes de NDN, para defendersecontra nuevas formas de ataques (incluyendo los potencialmente desconocidos), asegurar la privacidad, lograr una alta disponibilidad, y bloquear los tráficos de red maliciosos o al menos limitar su eficacia. Estos cuatro problemas son: detección de anomalías, ataques DoS / DDoS, control de congestión y ataques de contaminación caché. Para solventar tales problemas necesitamos sistemas de defensa flexibles, adaptables y robustos que puedantomar decisiones inteligentes en tiempo real para permitir a las entidades de red que se comporten de manera rápida e inteligente. Es por ello que utilizamos Inteligencia Computacional (IC), ya que sus características (la adaptación, la tolerancia a fallos, alta velocidad de cálculo y funcionamiento adecuado con información con altos niveles de ruido), la hace adecuada para ser aplicada al problema de la seguridad ND