Robustness of Neural Decision Trees to Noise in Input Data for Image Classification Tasks

dc.contributor.authorMokryi, Mykhailoen_US
dc.contributor.authorShvai, Nadiiaen_US
dc.date.accessioned2026-02-04T06:45:51Z
dc.date.available2026-02-04T06:45:51Z
dc.date.issued2025
dc.descriptionУ роботі досліджується стійкість моделей нейронних дерев рішень, які об’єднують архітектуру нейронних мереж і дерев рішень, до шуму у вхідних даних для класифікації зображень. Було запропоновано використати два методи навчання для підвищення стійкості моделей, які початково використовувалися в згорткових нейронних мережах. Зашумлення зображень з набору даних CIFAR-10 відбувається за допомогою методу гаусівського розмиття. Було розглянуто вплив методів підвищення стійкості на моделей нейронних дерев рішень і показано, що стійкість моделей до шуму у вхідних даних значно покращується.uk_UA
dc.description.abstractNeural networks, particularly convolutional neural networks (CNNs), have demonstrated high effectiveness in image classification tasks. However, they are known to be vulnerable to input data perturbations and have weak interpretability due to their black-box nature. In contrast, traditional decision trees (DTs) provide transparent decision-making processes, but are limited to low-dimensional or tabular data, restricting their field of application in computer vision tasks such as image classification. To address this gap, a hybrid architecture known as Neural Decision Trees (NDTs) has emerged, combining strong generalization and learning capabilities of neural networks, with transparent hierarchical inference and interpretability of DTs. The article investigates the robustness of NDTs to noise in input data for image classification tasks. Despite the extensive studies covering the robustness of both CNNs and traditional DTs against various forms of input perturbations, the robustness of NDT models remains a largely underexplored area. This study provides two robust training methods to improve robustness: constant noise learning and incremental noise learning, originally developed for CNNs, but which can be effectively applied to NDT-based architectures and significantly improve the robustness to noisy images for models. These methods involve adding perturbed samples via a Gaussian blur during the training stage. The noisy test set consists of images perturbed by a Gaussian blur and is used to evaluate the robustness performance. A series of experiments were conducted on the CIFAR-10 dataset using the original training baseline and robust training methods. The results demonstrate that constant and incremental noise learning significantly improve the robustness of all tested NDT models to noisy images compared to their original training performance. While the ResNet18 baseline model demonstrates higher overall performance, the NDT models show comparable robustness improvements using the proposed robust training strategies. Constant noise learning offered an adjustable trade-off between performance on clean and noisy images, while incremental noise learning provided a more stable training process. The first method is considered preferable due to the simplicity of implementation. This study empirically confirms that NDT models can effectively use methods adapted from CNNs to improve their robustness against perturbations in input data. An NDT framework was developed to conduct training and validation using a standardized shared pipeline. It is available via the link: github.com/ MikhailoMokryy/NDTFramework.en_US
dc.identifier.citationMokryi M. Robustness of Neural Decision Trees to Noise in Input Data for Image Classification Tasks / M. Mokryi, N. Shvai // Наукові записки НаУКМА. Комп'ютерні науки. - 2025. - Т. 8. - С. 57-67. - https://doi.org/10.18523/2617-3808.2025.8.57-67en_US
dc.identifier.issn2617-3808
dc.identifier.issn2617-7323
dc.identifier.urihttps://doi.org/10.18523/2617-3808.2025.8.57-67
dc.identifier.urihttps://ekmair.ukma.edu.ua/handle/123456789/38250
dc.language.isoenen_US
dc.relation.sourceНаукові записки НаУКМА. Комп'ютерні наукиuk_UA
dc.statusfirst publisheden_US
dc.subjectNeural Decision Treesen_US
dc.subjectmachine learningen_US
dc.subjectrobustnessen_US
dc.subjectimage perturbationsen_US
dc.subjectimage classificationen_US
dc.subjectcomputer visionen_US
dc.subjectconvolutional neural networksen_US
dc.subjectarticleen_US
dc.subjectнейронні дерева рішеньuk_UA
dc.subjectмашинне навчанняuk_UA
dc.subjectстійкістьuk_UA
dc.subjectзбурення зображеньuk_UA
dc.subjectкласифікація зображеньuk_UA
dc.subjectкомп’ютерний зірuk_UA
dc.subjectзгорткові нейронні мережіuk_UA
dc.titleRobustness of Neural Decision Trees to Noise in Input Data for Image Classification Tasksen_US
dc.title.alternativeСтійкість нейронних дерев рішень до шуму у вхідних даних для задачі класифікації зображеньuk_UA
dc.typeArticleen_US
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Mokryi_Robustness_of_Neural_Decision_Trees_to_Noise_in_Input_Data_for_Image_Classification_Tasks.pdf
Size:
1.83 MB
Format:
Adobe Portable Document Format