随着城市化进程的加快,城市交通的供需矛盾日益激化,交通拥堵现象严重影响人们的日常生活，已经成为制约城市可持续发展的一个重要因素。在这种情况下，优先发展公共交通成为解决城市交通问题的有效途径。合理优化的公交网络可以充分发挥公共交通的优势，方便人们日常出行，提高道路资源利用率，较大程度减轻城市交通压力。此外，复杂庞大的公交系统也给人们出行路径选择带来一些不便，因此，设计和实现一种实用算法提供可靠全面的公交出行信息也十分必要。复杂网络理论作为一门结合了众多学科的交叉学科，主要研究看上去互不相同的复杂系统之间的共性和处理它们的普适方法，为我们研究类似公共交通这样的复杂性系统提供了崭新的视角。本文在学习借鉴传统方法的基础上引入复杂二分网络理论研究公交优化及公交出行路径选择问题，从系统的角度探讨公交网络结构与性能并提出公交网络优化的思路方法，最后根据网络结构特性研究了公交出行方案的选择。主要工作如下：首先，本文将复杂网络理论应用于公交系统的优化研究中，基于二分网络模型定义了城市公交网络的二维模型。该网络模型较好地描述了公交系统中的线路和站点两类节点的信息及其相互关系，为深入研究其复杂性提供了全面准确的信息。接着，本文对所构建的公交网络二维模型进行了分析研究。网络的性能与其结构密切相关，本文通过分析公交网络拓扑结构及其对交通性能的影响，得出影响网络性能的关键结构特性。公交网络二维模型的模块结构体现了网络的分层规划，使各层次间可以有效接驳，并且较大的网络模块度可以有效延缓复杂网络上的级联失效行为，这为公交优化问题提供了理论依据。然后，根据分析结论，从系统的、全局的结构特征出发，综合考虑传统的微观规划方法，提出一种融合宏观与微观，部分与整体的公交网络优化方法。将该方法应用于算例网络，优化后的公交网络不仅多项评价指标有不同程度提高，而且网络具有明显的社团特征，从而使公交网络的抗毁能力有一定的提高，可以有效减少网络节点的失效和交通拥堵的大面积扩散，避免客流量过大导致的网络全面瘫痪。最后，根据优化后公交网络的结构特性研究了公交出行方案。针对公交网络二维模型的社团结构特性，本文提出一种重叠社团算法，并将其应用于优化后的公交网络。在网络社团识别的基础上本文引了入公交网络节点可达度的概念，并进一步结合人们的实际出行需求，提出基于二维模型的公交多路径搜索算法。该算法可以求得多条具有最少换乘的出行路径信息，为人们公交出行选择提供了合理的方案，有利于增加公共交通系统的吸引力。