城市公交是公共交通系统中至关重要的组成部分也是居民出行活动中重要的交通方式。目前,我国城市的公交线网已基本完成线路布设,在此基础上对公交线网的优化成为了研究的重点。公交线网的优化对缓解交通拥堵、提高出行便捷性有着巨大影响。如何对城市公共交通系统进行客观、综合、科学的观察与分析,找出公交线网的优化方向并基于实际情况进一步提出严谨可证的优化方案对城市公共交通的发展至关重要。本文以复杂网络科学为基础,基于多源公共交通数据对城市公共交通网络进行分析与研究以了解其整体特性。首先,对公交、地铁线网结构数据进行清洗与处理并利用L-Space模型与C-Space模型分别构建公交网络与公交-地铁复合网络。其次,通过对比公交网络与复合网络的拓扑特征,找出公交线网优化的方向与突破点。结果显示,地铁的加入使得城市公共交通网络的拓扑特性有了明显的提高,公交网络与复合网络均不具有显著的无标度性。这表明交通网络仍在发展过程中,且由于道路规划、居民分布、政策实施等因素的影响,新节点与原有网络的连接并非完全依照其偏好依附性,而有其本身的自组织规律。基于网络特性分析结果,本文以公交、地铁的刷卡数据为基础构建公交-地铁加权复合网络并对公交线网进行优化。首先,利用城市居民出行特征的调查结果与公交、地铁刷卡数据,定义相邻站点间的交通行驶效率并将其作为网络连边的权值,基于连边的交通行驶效率对网络效率进行改进。然后,以改进后的网络效率为优化目标,以站点的增加与删除作为优化手段,设置实际约束条件从而构建出公交线网优化模型。最后,利用北京市公共交通真实数据进行仿真实验,并对优化模型在当前交通中的应用可行性进行了分析。仿真实验结果表明,利用本文优化方法可使北京市公共交通网络的网络效率整体提高2.12%。