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航线网络在航空公司运营过程中起着重要的战略作用，航线网络规划是否合理关系着航空公司未来的发展。美国西南航空公司的蛛网式航线网络受到民航界普遍关注，但蛛网式航线网络拓扑结构及其构建方法尚未形成完整的理论体系。本文从民航业现状出发，对蛛网式航线网络优化设计的相关问题展开深入研究，分析蛛网式航线网络的适用性，剖析了蛛网式航线网络的结构特性，构建了蛛网式航线网络优化设计模型。本文的主要工作如下：(1)按照航线网络的发展过程总结传统航线网络的优劣势；沿着我国航线网络的演化进程来分析我国航线网络模式的现状和存在的问题；从蛛网式航线网络的形成历程归纳蛛网式航线网络的优势，在此基础上分析蛛网式航线网络在我国的适用性。(2)运用复杂网络理论分析蛛网式航线网络的拓扑结构，统计蛛网式航线网络的拓扑特性—平均路径长度、聚类系数和度分布，对比分析美国航空公司与我国前五大航空公司的网络拓扑特性；利用复杂网络鲁棒性分析来研究蛛网式航线网络的鲁棒性。通过分析网络拓扑特性和鲁棒性，揭示出蛛网式航线网络的无标度特性和相对良好的鲁棒性。(3)在蛛网式航线网络结构分析基础上，借鉴枢纽辐射式航线网络优化模型设计蛛网式航线网络的优化模型；提出了基于Lagrange的列生成算法，并利用算例验证了新模型和算法的正确性和有效性，为我国航空公司运营蛛网式航线网络提供了理论和方法支持。