线性和层级是人类语言的根本属性。语言在句法层面的线性和层级特征及其与语言处理难度的关系引起了众多领域研究者的兴趣。然而,前人研究大多采用单一研究方法考察单一句法特征对语言处理的影响。这不仅不利于对自然语言结构规律的整体理解,也阻碍了对人类语言处理及其认知机制的系统认识。基于上述背景,本文聚焦语言的线性及层级句法特征及其与认知难度的关系,依次对一种语言内不同复杂度的句法结构、一种语言内不同类型的句法处理数据以及不同类型语言的句法结构展开了深入研究。具体而言,本文尝试解决以下研究问题:（1）不同复杂度的英语句子在依存距离、依存方向和层级距离的分布等计量特征上呈现怎样的共性和差异?（2）在语言产出中,与依存距离、依存方向及层级距离相关的语言使用规律是怎样的?（3）在语言理解中,任意词和句子的线性和层级句法特征能否预测其反应时?（4）不同语言的依存距离分布表现出怎样的共性和差异?其中,问题（1）至（3）聚焦于单一语言的句法结构及处理机制,问题（4）发展至探讨跨语言句法结构的差异及其动因,对它们的研究有望加深对人类语言句子结构的线性和层级特征及其与认知关系的认识。为了回答上述问题,本文在大规模依存句法标注语料库（即树库）的基础上,采用了计量语言学和心理语言学相结合的研究方法进行考察。在问题（1）中,基于英国国家语料库自建了两个英语参照树库,对它们和英语反应时树库展开了计量对比分析;在问题（2）和问题（3）中,以英语反应时树库为基础,同时开展了计量分析和心理实验;在问题（4）中,基于汉语、英语、捷克语和日语的新闻语体的树库,研究了跨语言句法结构的共性和差异及其内外动因。对问题（1）的研究发现,英语反应时树库与两个参照树库的整体句法特征没有显著差异,这表明前者可以较好地代表英语的句子结构;与此同时,随着句长的增加,包含更多复杂结构的反应时树库也与参照树库呈现出一定差异,这体现了英语复杂句的计量特征。具体而言,与参照树库相比,英语反应时树库的支配词置前占比和依存距离最小化程度更低、层级距离最小化程度更高。这可能与避免递归的机制有关。对问题（2）的研究发现,语言中存在与依存距离最小化相似的层级距离最小化倾向,这些规律体现了人类普遍认知对语言处理的限制。但是,层级距离和依存距离的具体表现并不完全相同,这表明驱动线性和层级句法处理的认知机制可能具有差异。此外,随着依存距离和句长的增加,英语中存在对支配词置前语序的使用倾向,这说明两种依存方向对工作记忆的需求程度可能不同。对问题（3）的研究发现,当依存距离在工作记忆的容量限度内时（≤4左右）,任意一个支配词置前和置后的词的依存距离和其反应时分别呈正比（距离效应）和反比（反距离效应）。此外,任意一个词的层级距离与其反应时呈正比（层级效应）,且这一关系的显著性不受工作记忆容量的限制。这不仅为相关语言处理模型和假说提供了大规模、广范围的验证,也表明语言的线性和层级句法处理可能具有不同的认知机制。最后,任意一个句子的句长、平均依存距离、依存长度和平均层级距离都能较好地预测其反应时。对问题（4）的研究发现,不同语言的依存距离最小化程度具有差异,且这一差异可以被依存距离分布的拟合函数所描述。在所研究的四种语言中,句法复杂度较高的语言倾向较低的形态复杂度。这体现了语言子系统之间的动态协同作用,也说明在人类认知的限制下,不同语言作为交流和表达工具的整体复杂度可能是相似的。本文使用大规模真实语料和交叉学科方法,结合定量和定性分析,系统全面地考察了线性和层级句法特征及其与语言处理难度的关系。在研究内容方面,首次综合了依存距离、依存方向和层级距离这三个联系紧密的句法特征,加深了对人类语言结构本质的整体理解;在研究方法方面,结合了计量语言学和心理语言学的研究方法,避免了单一方法的缺憾,为人类语言处理机制的认识提供了新的启示。鉴于此,本文对计量语言学、心理语言学、自然语言处理和认知科学等诸多语言和认知相关学科的研究具有一定参考价值。