现实复杂系统往往由多个内部组件构成,组件之间通过相互关联构成网络。网络承担着这些系统正常运行必备的物质、信息或能量的传输任务。复杂网络研究是近十几年来兴起的一门多领域交叉学科,基本思想是在结合某些实际因素的基础上使用网络来抽象描述复杂系统,并在之上开展相关的系统分析、建模与应用研究。在传统复杂网络研究的基础上引入现实网络往往具有的空间因素、多层结构因素是当前复杂网络研究人员关注的热点。本文围绕空间网络、公交网络、多层网络开展了一系列的涵盖网络建模、分析与优化的研究。本文的主要研究包括以下五个内容：1.提出一个基于内部边权调整的网络演化模型,该模型可用于解释某些现实非增长网络形成(类)幂律度分布的演化机理。之后,分别从理论分析、数值仿真两方面研究模型所生成网络的点权、边权分布等特性。结果显示,生成网络具有(类)幂律分布形式的点权与度分布、指数分布形式的边权分布。同时结果也显示,网络的连接密度影响网络的点权与度分布。之后,将空间因素引入模型。针对新模型的数值仿真结果显示,连边资源限制、连边长度偏好同样会对网络的结构产生影响。2.提出一个考虑空间因素的公交网络表示模型,并基于该模型统计分析中国三个典型城市即北京、上海和杭州的公交网络的包括度分布、聚类系数、路径长度等在内的静态网络特性。结果显示,公交网络中隐含的由近距离步行方式产生的额外连边对于网络的路径长度有着较大的影响。3.提出一个针对公交网络交通流特性的理论分析框架,该框架由一个考虑短距离步行的、能提供任意站点对间多条换乘方案的参数化公交换乘算法,以及基于该算法计算生成的换乘方案所定义的一些描述公交网络交通流的指标组成。之后,分别通过上述理论框架与数值模拟仿真研究杭州公交网络的交通流分布特性。结果显示,少量客流特别大的公交线路的存在是导致公交网络拥堵的原因。4.提出一个考虑网络交通流需求的、通过添加连边方式的网络平均路径长度优化方法。方法通过使用一个指标来避免耗时的网络路径长度计算,具有较小的时间复杂度。上述指标综合考虑了网络的路径长度与交通流需求,被用于评估添加一条连边对于网络平均路径长度带来的下降。之后,通过在几个常见的空间网络模型上开展的数值仿真,验证方法的有效性。5.提出一个描述在现实中广泛存在的基础-核心双层耦合网络的模型,并在该模型之上利用数值仿真对比研究不同网络结构、核心网络大小、交通流需求模式、层间耦合策略情况下的该类网络的传输性能。