随着城市规模不断扩大与城市群的快速集聚扩张,机动车保有量及道路交通量呈稳步增长态势,机动化在推动城市经济发展带来巨大社会效益的同时,也引发了诸如交通拥堵、事故频发、大气污染等一系列制约城市可持续发展的交通问题,严重影响城市居民的生活质量。城市公共交通集约高效、廉价便捷,是切实提高道路空间利用率、改善城市交通运行环境的一条根本途径,优先发展公共交通作为政府的战略决策已成为国内外学术界的共识。城市公交系统是一个开放的、典型的复杂系统,其组织结构和演化规律极其复杂,而作为近年来兴起的研究复杂系统的复杂网络理论,为城市公交系统的研究提供了一种崭新的方法和视角。本文建立了公交站点网络和公交换乘网络模型,基于Gephi和Matlab软件,展开了复杂网络理论对于城市公交网络的特性分析及优化应用三个方面的研究。首先,针对不同的公交网络模型抽象方法,介绍了复杂网络统计指标相应的现实意义,以黄石市公共交通为案例,构建了黄石市公交站点网络和公交换乘网络模型,运用Gephi网络数据可视化软件分析其复杂性。结果显示:(1)L及P空间网络度分布在双对数坐标系中不呈线性,未表现出明显的无标度特征;(2)公交换乘网络具有较大的聚集系数和较短的平均路径长度,表现出小世界特性;(3)L及P空间网络中心性指标较高,黄石市公共交通网络的换乘枢纽站点少且功能不完善;(4)网络节点的介数和接近度指标呈正相关性。其次,为了解决L及P空间网络中相同节点对之间最短路径所对应公交出行链不相同的问题,提出了一种基于出行时间阻抗的网络模型最短路径优化算法,并引入直达距离矩阵的概念在Matlab平台上给出了该算法的程序实现。根据黄石市公交出行特征的实际调查数据完成目标函数中阻抗权重的参数标定,通过网络实例验证了该优化算法的有效性,结果表明:黄石市公交站点网络和换乘网络的平均路径长度指标同比分别增加了16%和34%。最后,给出了复杂网络在城市公共交通的一个应用方向,即公交换乘枢纽的辨识。在特征量网络效率中沿用了基于路径时间阻抗的最短路径长度定义标准,选取模拟节点失效后网络效率的变化率作为其重要程度的评价指标,设计出一种基于网络最短路径的公交换乘枢纽选址方法,从而为枢纽场站的布局与建设提供参考。结合黄石市公交网络案例,通过对比辨识结果与规划布局方案发现:该方法对位于城市地理中心的黄石市内换乘枢纽辨识度较高。