随着经济的快速发展和人口数量的持续增长，各大城市交通供给量的增长都明显滞后于交通需求量的增长。交通堵塞现象日益严重，交通事故频发，环境污染状况令人担忧，这些问题已经成为制约现代城市经济快速发展的瓶颈。复杂网络是最近几年才兴起的一个理论研究方向，利用复杂网络理论研究城市交通网络的特性，可以为城市规划，道路维护，交通管理提供新的研究视角，为改善城市交通拥堵现状提供新的思路和方法。本文先对复杂网络理论在国内外的研究现状进行介绍，后对复杂网络理论基础知识进行了综述。为了利用复杂网络理论研究城市交通系统的网络特性，从而选择武汉市作为研究的样本城市。本文详细介绍了武汉市的地貌特征与人口分布，并在此基础上分析出了武汉市当前交通状况糟糕的三大原因。同时根据前人的研究结果总结了两种交通网络建模方法，并根据武汉市目前的交通状况提出了另外两种建模方法，然后从中选择最优的建模方法。本文采用MATLAB和PAJEK软件绘制了复杂网络示意图，测算了武汉市加权公交站点网络拓扑结构特性，并结合复杂网络理论和实际情况分析该网络具有较小的聚类系数和较短的平均路径长度的原因。最后从发展公交网络的必然性和必要性出发，提出优化城市交通网络的若干建议。这些建议是从宏观层次和微观层次叙述，并与某些做得比较好的城市作了比较，所以建议具有很强的操作性。同时在文后还对复杂网络的发展趋势做了展望，表明复杂网络还可能泛化到其他具体的研究领域。在交通网络研究中，还可以在车流同步，群体性动力学行为，模型优化，蓄意攻击和抗毁性仿真方面做进一步的扩展与研究。