城市一直是城市学、地理学、经济学、社会学研究的核心领域之一。在当前城市化的大潮面前，城市正在替代农村成为人类主要的聚居形式，并且其要素、组成、结构、功能和发展演化正变得越来越复杂。随着科技的发展，人们对城市系统的复杂性认识和研究也在不断深入。以往经济学、社会学、地理学等学科对城市系统的研究，多采用还原论的思想研究其局部、片面的特征，对城市的整体研究还是欠缺。而我们应该认为城市的本质可以理解为被赋予某种精神属性的物质空间结点，是由人类参与制造的，并深受人类社会发展影响的空间载体和聚合体，是社会生活和人类生活这个反应链条的顶点，是我们每一个城市居住者自身的行为及精神向量在时空一体化叠加的产物，是我们人类社会自身最好、最生动的写照。本文通过对城市和城市空间结构的研究，力图立足复杂性科学的研究范式，从整体的、系统的、综合的视角，运用城市地理学、城市经济学、城市规划学、系统科学、复杂性科学等学科的理论与方法，对城市复杂性做探索性研究。本文共分为七章。第一章绪论。论述本论文研究背景与选题依据，研究的目的、意义，研究方法与技术路线，最后论述了国内外的研究综述。第二章城市与城市空间结构复杂性研究。首先，通过对城市本质的研究，提出城市复杂性的内涵，进而研究城市系统复杂性的动力机制；其次，论述了城市空间结构的复杂性，提出城市空间结构复杂性的本源在于人的复杂性。第三章城市历史文化特色街区的研究基础。研究城市历史文化特色街区的概念、特征、组成和研究的意义。提出城市历史文化特色街区具有自组织的特征。第四章西安历史文化特色街区的背景分析。首先简介了西安历史文化特色街区的区位，其次研究了西安历史文化特色街区的历史沿革，再次论述了西安历史文化特色街区的民俗习惯，最后通过对其综合研究，提出了西安历史文化特色街区的社会四棱锥空间结构体。第五章基于CA理论的城市空间结构演化模型。首先介绍了CA理论的定义、特征及构成；再次对西安历史文化特色街区进行模型的建立及模拟；最后对模拟的演化结果进行了分析，提出了空间优化的对策。第六章西安历史文化特色街区空间结构的复杂性。首先，研究了区域内复杂性的表象，提出了用地混杂、道路宽度小，不同年代的建筑并存，建筑密度高的特点；其次，研究了复杂性的内涵，提出了通过“自下而上”和“自上而下”的研究复杂性的方法，对其组成和功能进行深入的探讨；最后，研究复杂性的动力机制，对城市空间要素之间、子系统之间和系统与环境之间相互作用的非线性机制、多重反馈机制、竞争与协同机制、自组织机制进行论述。第七章总结。首先提出了本文的主要结论；其次对城市空间结构复杂性提出了自己的建议；最后提出下一步研究的方向。