设计程序，对各种内部排序算法的关键字比较次数和移动次数进行比较。具体要求如下：⑴ 编程实现直接插入排序，希尔排序，冒泡排序，快速排序，简单选择排序，堆排序，归并排序算法。

设计一个程序来比较各种内部排序算法的关键字比较次数和移动次数，通常涉及到以下几个步骤：

1. **理解算法**：
- 直接插入排序（Insertion Sort）：每次将一个元素插入到已排序序列的适当位置。
- 希尔排序（Shell Sort）：基于增量序列的插入排序优化，通过分组和插入操作提高效率。
- 冒泡排序（Bubble Sort）：反复交换相邻两个元素使其逐渐排序。
- 快速排序（Quick Sort）：分治法，选取一个基准值，使得所有小于它的元素都在左边，大于它的在右边，递归处理左右两部分。
- 简单选择排序（Selection Sort）：每次从未排序的部分找到最小（大）元素放到已排序部分。
- 堆排序（Heap Sort）：利用二叉堆数据结构，先建堆再调整得到有序序列。
- 归并排序（Merge Sort）：分治法，将数组不断对半划分，然后合并。

2. **编程实现**：
对每种排序算法，你需要写出对应的函数，例如：

   def insertion_sort(arr):
       # 插入排序实现...
   def shell_sort(arr):
       # 希尔排序实现...
   def bubble_sort(arr):
       # 冒泡排序实现...
   def quick_sort(arr):
       # 快速排序实现...
   def selection_sort(arr):
       # 选择排序实现...
   def heap_sort(arr):
       # 堆排序实现...
   def merge_sort(arr):
       # 归并排序实现...

3. **统计比较和移动次数**：
在每个函数中记录比较和移动元素的次数，这通常是通过额外的变量或者递归参数来实现的。例如，在冒泡排序中，你可以增加`comparisons`和`swaps`的计数。

4. **比较结果**：
在整个排序过程结束后，比较这些算法的`comparisons`和`swaps`总和，分析哪种算法在特定条件下（如数据规模、数据分布等）更优。